【Linux】PCB中的task_struct結構體

阿新 • • 發佈：2019-01-21

task_struct結構體

task_struct是程序控制塊PCB中的一個結構體，用來儲存程序的各種屬性資訊

這裡面有程序狀態，程序排程，程序識別符號，程序通訊，程序連結，時間和定時器，檔案系統，虛擬記憶體資訊以及頁面管理資訊，對稱多處理機資訊，上下文資訊等

結構體內部資訊介紹

1、程序狀態

linux中的程序有多種狀態，在程序的執行過程中，程序會隨著排程在多種狀態進行轉換

程序的狀態資訊是程序進行排程的對換的依據

2、程序排程資訊

程序排程則是用這部分資訊來決定程序排程的優先次序，結合著程序狀態資訊來保證程序合理有序的執行

程序有多種排程資訊，如先來先服務排程方式，時間片輪轉排程方式，最近訪問優先等排程方式

3、識別符號

每一個程序都有程序識別符號，使用者識別符號，組識別符號

程序識別符號PID就是用來標示不同的程序的，因為每一個程序都有唯一的識別符號，就和學生擁有唯一的學號，一個人擁有唯一的身份證號碼是一樣的。核心就是通過這個識別符號來識別不同的程序。

4、程序通訊有關資訊

如果多個程序在一個任務上執行協作，那麼就需要這些程序可以互相訪問對方的資源，互相通訊

linux中的主要程序通訊方式有：管道、訊號量，共享記憶體，訊號，和訊息佇列

5、程序連結資訊

程序的建立是具有繼承關係的。一個程序可以建立多個程序，這些子程序之間具有兄弟關係。

linux中，除了init程序，其他程序都有唯一一個父程序。

建立子程序可以通過fork()函式或者clone()函式。

除了PID外，子程序的task_struct結構體的大部分資訊都是從父程序中拷貝過來的。系統有必要記錄這些親屬關係，從而使程序之間的協作變得更加方便。

每個程序的task_struct結構有許多的指標，這些指標讓系統中所有程序的task_struct結構構成了一顆程序樹，這個程序樹的根就是初始化程序init的task_struct結構體。

6、時間和定時器資訊

一個程序從建立到終止叫做該程序的生存期（lifetime）。程序在其生存期內使用CPU的時間，核心都要進行記錄，以便進行統計、計費等有關操作。程序耗費CPU的時間由兩部分組成：一是在使用者模式（或稱為使用者態）下耗費的時間、一是在系統模式（或稱為系統態）下耗費的時間。每個時鐘滴答，也就是每個時鐘中斷，核心都要更新當前程序耗費CPU的時間資訊。

7、檔案系統資訊

程序可以開啟或關閉檔案，檔案屬於系統資源，Linux核心要對程序使用檔案的情況進行記錄。task_struct結構中有兩個資料結構用於描述程序與檔案相關的資訊。其中，fs_struct中描述了兩個VFS索引節點（VFS inode），這兩個索引節點叫做root和pwd，分別指向程序的可執行映象所對應的根目錄（home directory）和當前目錄或工作目錄。file_struct結構用來記錄了程序開啟的檔案的描述符

8、虛擬記憶體資訊

除了核心執行緒之外，每個程序都擁有自己的地址空間（也叫虛擬空間），用mm_struct來描述。另外Linux2.4還引入了另外一個域active_mm,這是為核心執行緒而引入。因為核心執行緒沒有自己的地址空間，為了讓核心執行緒與普通程序具有統一的上下文切換方式，當核心執行緒進行上下文切換時，讓切換進來的執行緒的active_mm 指向剛被排程出去的程序的active_mm

9、頁面管理資訊

當實體記憶體不足時，linux記憶體管理系統需要將記憶體的部分頁面轉到外存，其交換是以頁為單位的

10、對稱多處理機資訊

11、上下文資訊

這裡要特別注意標題：和“處理器”相關的環境資訊。程序作為一個執行環境的綜合，當系統排程某個程序執行，即為該程序建立完整的環境時，處理器（processor）的暫存器、堆疊等是必不可少的。因為不同的處理器對內部暫存器和堆疊的定義不盡相同，所以叫做“和處理器相關的環境”，也叫做“處理機狀態”。當程序暫時停止執行時，處理機狀態必須儲存在程序的task_struct結構中，當程序被排程重新執行時再從中恢復這些環境，也就是恢復這些暫存器和堆疊的值。

12、其他

（1） struct wait_queue *wait_chldexit

在程序結束時,或發出系統呼叫wait4時，為了等待子程序的結束，而將自己（父程序）睡眠在該等待佇列上，設定狀態標誌為TASK_INTERRUPTIBLE，並且把控制權轉給排程程式。

（2）Struct rlimit rlim[RLIM_NLIMITS];

每一個程序可以通過系統呼叫setlimit和getlimit來限制它資源的使用。

（3）Int exit_code exit_signal;

程式的返回程式碼以及程式異常終止產生的訊號，這些資料由父程序（子程序完成後）輪流查詢。

（4）Char comm[16]

這個域儲存程序執行的程式的名字，這個名字用在除錯中。

（5）Unsigned long personality;

Linux可以執行X86平臺上其它Unix作業系統生成的符合iBCS2標準的程式, personality進一步描述程序執行的程式屬於何種Unix平臺的“個性”資訊。通常有PER_Linux,PER_Linux_32BIT,PER_Linux_EM86,PER_SVR4,PER_SVR3,PER_SCOSVR3,PER_WYSEV386,PER_ISCR4,PER_BSD,PER_XENIX和PER_MASK等，參見include／Linux/personality.h>。

（6） int did_exec:1;

按POSIX要求設計的布林量，區分程序正在執行老程式程式碼，還是用系統呼叫execve（）裝入一個新的程式。

（7）struct linux_binfmt *binfmt

指向程序所屬的全域性執行檔案格式結構，共有a.out、script、elf、java等四種。