20135202闫佳歆--week6 分析Linux内核创建一个新进程的过程——实验及总结

week 6 实验：分析Linux内核创建一个新进程的过程

1.使用gdb跟踪创建新进程的过程

准备工作：

rm menu -rf 
git clone https://github.com/mengning/menu.git   # 更新Menu
cd menu
mv test_fork.c test.c   # 把test.c覆盖掉
make rootfs

执行fork，可以看到父进程子进程都输出了信息。

下面进行gdb调试：

qemu -kernel linux-3.18.6/arch/x86/boot/bzImage -initrd rootfs.img -s -S 

gdb

file linux-3.18.6/vmlinux
target remote:1234

// 设置断点
b sys_clone # 因为fork实际上是执行的clone
b do_fork
b dup_task_struct
b copy_process
b copy_thread
b ret_from_fork

c
n
……

可以看到一系列相关函数：

tsk->stack = ti;    //把内核堆栈的地址赋给它

//把内核堆栈压栈的空间地址找到，初始化
sturct pt_regs *childregs = task_pg_regs(p);    

//把当前进程的内核堆栈的压的寄存器赋值到子进程中来。
*childregs = *current_pt_regs();  
childregs->ax = 0;      

//设置子进程被调度的ip，即子进程的起点
p->thread.ip = (unsigned long) ret_from_fork;

jmp syscall_exit;   //这之后就跟踪不到了。

2.进程创建的分析

Linux通过复制父进程来创建一个新进程，在这里使用的就是fork函数，具体的过程有如下两步：

1. 复制一个PCB——task_struct

2. 要给新进程分配一个新的内核堆栈

        ti = alloc_thread_info_node(tsk, node);
        tsk->stack = ti;
        setup_thread_stack(tsk, orig); //这里只是复制thread_info，而非复制内核堆栈
   

3. 要修改复制过来的进程数据，比如pid、进程链表等，见copy_process内部。

    *childregs = *current_pt_regs(); //复制内核堆栈
    childregs->ax = 0; //为什么子进程的fork返回0，这里就是原因！
         
    p->thread.sp = (unsigned long) childregs; //调度到子进程时的内核栈顶
    p->thread.ip = (unsigned long) ret_from_fork; //调度到子进程时的第一条指令地址    
   

系统调用内核处理函数sys_fork,sys_vfrok,sys_clone，其实最终执行的都是do_fork。

do_fork里有：

copy_process
里面有：
dup_task_struct // 复制pcb
alloc_thread_info_node  // 创建了一个页面，其实就是实际分配内核堆栈空间的效果。
setup_thread_stack  // 把thread_info的东西复制过来

然后是大量的修改内容，将子进程初始化。

※copy_thread 
copy_thread时都做了什么？
堆栈相关的一些内容
当前进程（父进程）的内核堆栈的栈底拷贝过来
赋值ip，sp……

创建的新进程是从哪里开始执行的？
——ret_from_fork

*childregs = *current_pt_regs(); //复制内核堆栈
childregs->ax = 0; //为什么子进程的fork返回0，这里就是原因！
     
p->thread.sp = (unsigned long) childregs; //调度到子进程时的内核栈顶
p->thread.ip = (unsigned long) ret_from_fork; //调度到子进程时的第一条指令地址

ip指向的是ret_from_fork，所以是从这里开始执行的。
复制内核堆栈的时候是复制的pt_regs，即只复制了SAVE_ALL相关的那一部分，即系统调用压栈的那一部分。
pt_regs里面内容有：
Entry(ret_from_fork)：
最终会跳转到syscall_exit，这之前的内核堆栈状态和syscall_call的一致，然后返回用户态，变成子进程的用户态。

3.学习总结

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