进程基本概念

进程标识

  进程是程序加载到内存的执行过程。进程与程序相比用于操作系统的资源如内存空间、文件、signal等。对于进程的标识我们使用process id来标识（PID）。
  线程是进程中活跃状态的实体，也是操作系统实际调度的基本单元。进程中的所有线程是共享一些资源的。在linux中，实际上不区分进程和线程，进程和线程都是task_struct结构体来描述。在linux中使用thread ID（TID）来标识进程中的线程，thread id在所属进程中是唯一的，在linux系统中也是全局唯一的。对于单线程的进程来说，process ID和thread ID是一样的；而对于多线程来说，每个线程有自己的thread ID，但是所有线程共享一个PID。
  进程组是一组进程的集合，创建进程组主要是将一些拥有共同特性的进程组合起来便于管理，如可以发一个信号给一个进程组，则这个组内的进程都会收到该信号。任何一个进程都不是独立存在的，一定是属于某个进程组，当fork的时候进程就归属到创建这所属的进程组。进程组用process group ID（PGID）来标识，进程组内的所有进程都有相同的GPID，等于该组组长的PID。可以通过setpgid、getpgid、setpgrp和getpgrp等接口函数访问PGID。
  会话是一个用户登录后会创建一个会话，这个会话用sesssion ID（SID）来进行标识。登录的第一个进程较会话领头进程，通常是shell/bash。领头进程PID=SID。用户登录系统后，不断提交任务给操作系统，最后退出登录，就会销毁该session。可以通过getsid，setid来操作SID。
  命名空间是用来隔离内核资源的，当一个进程运行在linux系统上的时候，它就拥有了很多系统资源如PID，网络设备，文件系统等。Linux内核通过namespace可以让一些进程只能看到与自己相关的一部分资源，而另外一些进程也只能看到与他们自己相关的资源，让互不联系的进程感觉不到对方的存在。目前linux现有的namespace有如下7种：

  与namespace相关的函数只有三个clone,setns,unshare。分别是创建一个进程放到对应namespace，将当前进程加入到已知namespace，退出指定类型namespace并加如到创建的namespace。
  PID命名空间对进程PID重新标号，即不同的namespace下进程可以有同一个PID，如下容器1的a和容器2的a。他们分别对应在内核空间是PID namespace 1和PID namespace2。内核种为所有的PID namespace维护了一个树状结构，最顶层的是系统初始化创建的，被称为root namespace，由他创建的新的PID namespace成为它的chid namespace。父节点是可以看到字节点种的进程的，可以通过信号对子节点的进程产生影响，但是子节点无法看到父节点的进程。PID namespace对容器应用特别重要，可以实现容器内进程的暂停/恢复等功能，还可以支持容器在跨主机的迁移前后保持内部进程的PID不发生变化。

进程描述

Linux系统要对进程进行操作，需要抽象出所拥有的资源，我们称为进程控制块（Process Control Block，PCB），也称为进程描述符号，Linux中使用struct task_struct结构体来进行描述。task_struct数据结构包含的内容可以归类为几类：

• 进程属性相关。
• 进程间的关系。
• 进程调度相关信息。
• 内存管理相关信息。
• 文件管理相关信息。
• 信号相关信息。
• 资源限制相关信息。

上图中列出了task_struct数据结构中包含的一些内容。在linux中，进程和线程都是使用task_struct来进行描述。

进程状态

• 就绪态：进程获得了可以运行的所有资源和准备条件
• 运行态：CPU正在运行该进程。（linux中就绪态和运行态都是TASK_RUNNING）
• 浅度睡眠：进程需要某些资源不满足而进入等待，当条件满足时转为就绪队列。
• 深度睡眠：与浅度睡眠不同的时，进程睡眠等待不受干扰，不响应信号，如SIGKILL信号无法终止。
• 暂停：进程运行停止
• 僵死：进程已经消亡，但是task_struct数据结构还没有释放，父进程通过wait来获取子进程消亡原因。僵死进程已经放弃了几乎所有的内存空间，不会再执行代码，也不能被调度。之所以产生僵死进程时因为其父进程没有调用wait函数来等待子进程结束（父进程没来收尸，就变僵尸了），如果父进程异常退出了，那么init进程会自动接手这个子进程，也就是说父进程还活着，但是并没有调用wait来清除子进程。

进程间的关系

  linux内核启动时，会创建一个init_task进程，这是系统中所有进程的祖先，称为进程0或idle进程，当系统没有进程调度时，调度器就会运行idle进程。在smp中，每个cpu都有一个进程0。在执行kernel_init函数后，会启动进程1（用户第一个进程），进程1是所有用户进程的祖先，可以通过pstree来查看进程关系。

  上图中，procd等同于init，有用openwrt的1号进程使用的是procd，当然也可以改成init。
  Linux系统中task_struct数据结构使用4个成员来描述进程间的关系，如下：

• real_parent: 指向创建当前进程的进程描述描述符，如果创建的进程不存在，则指向init进程。
• parent:指向进程当前的父进程，通常和real_parent一致。
• children:指向其子进程，所有的子进程被链接到这个链表上。
• sibling:指向兄弟进程，所有的兄弟进程链接成一个链表。

获取当前进程

  系统运行时，调度操作的数据结构就是task_struct，因此在系统调度时要运行进程，必现要找到对应进程的task_struct结构体。Linux内核提供了current宏来方便快速找到当前要运行或正在运行的task_struct数据结构。
  current的实现和具体的架构有关，通常有两类实现方式。在ARM32系统中，存放了一个thread_info的数据结构在内核栈里面，current宏通过arm32的SP寄存器来获取当前内核栈的地址，对齐后即可获取到thread_info数据结构的指针，最后通过thread_info->task成员获取task_struct数据结构。
  在linux 5.0内核中，新增了一个配置选项CONFIG_THREAD_INFO_IN_TASK，将thread_info存放在task_struct数据结构中。在ARM64处理上，利用SP_EL0寄存器粗放囊当前进程的task_struct数据结构的地址。