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进程关系链
进程是家族式管理的,父子关系,兄弟关系,朋友关系,子女关系,甚至陌生人关系(等待你消亡)在一个进程的生命周期中都会记录下来.用什么来记录呢?当然是内核最重要的胶水结构体LOS_DL_LIST,进程控制块(以下简称PCB)用了8个双向链表来记录进程家族的基因关系和运行时关系.如下:
typedef struct ProcessCB {
//...此处省略其他变量
LOS_DL_LIST pendList; /**< Block list to which the process belongs */ //进程所属的阻塞列表,如果因拿锁失败,就由此节点挂到等锁链表上
LOS_DL_LIST childrenList; /**< my children process list */ //孩子进程都挂到这里,形成双循环链表
LOS_DL_LIST exitChildList; /**< my exit children process list */ //那些要退出孩子进程挂到这里，白发人送黑发人。
LOS_DL_LIST siblingList; /**< linkage in my parent's children list */ //兄弟进程链表, 56个民族是一家,来自同一个父进程.
LOS_DL_LIST subordinateGroupList; /**< linkage in my group list */ //进程是组长时,有哪些组员进程
LOS_DL_LIST threadSiblingList; /**< List of threads under this process *///进程的线程(任务)列表
LOS_DL_LIST threadPriQueueList[OS_PRIORITY_QUEUE_NUM]; /**< The process's thread group schedules thepriority hash table */ //进程的线程组调度优先级哈希表
LOS_DL_LIST waitList; /**< The process holds the waitLits to support wait/waitpid *///进程持有等待链表以支持wait/waitpid
} LosProcessCB;
解读
进程正常死亡过程
一个进程的自然消亡过程如下
//一个进程的自然消亡过程,参数是当前运行的任务
STATIC VOID OsProcessNaturalExit(LosTaskCB *runTask, UINT32 status)
{
LosProcessCB *processCB = OS_PCB_FROM_PID(runTask->processID);//通过task找到所属PCB
LosProcessCB *parentCB = NULL;
LOS_ASSERT(!(processCB->threadScheduleMap != 0));//断言没有任务需要调度了,当前task是最后一个了
LOS_ASSERT(processCB->processStatus & OS_PROCESS_STATUS_RUNNING);//断言必须为正在运行的进程
OsChildProcessResourcesFree(processCB);//释放孩子进程的资源
#ifdef LOSCFG_KERNEL_CPUP
OsCpupClean(processCB->processID);
#endif
/* is a child process */
if (processCB->parentProcessID != OS_INVALID_VALUE) {//判断是否有父进程
parentCB = OS_PCB_FROM_PID(processCB->parentProcessID);//获取父进程实体
LOS_ListDelete(&processCB->siblingList);//将自己从兄弟链表中摘除,家人们,永别了!
if (!OsProcessExitCodeSignalIsSet(processCB)) {//是否设置了退出码?
OsProcessExitCodeSet(processCB, status);//将进程状态设为退出码
}
LOS_ListTailInsert(&parentCB->exitChildList, &processCB->siblingList);//挂到父进程的孩子消亡链表,家人中,永别的可不止我一个.
LOS_ListDelete(&processCB->subordinateGroupList);//和志同道合的朋友们永别了,注意家里可不一定是朋友的,所有各有链表.
LOS_ListTailInsert(&processCB->group->exitProcessList, &processCB->subordinateGroupList);//挂到进程组消亡链表,朋友中,永别的可不止我一个.
OsWaitCheckAndWakeParentProcess(parentCB, processCB);//检查父进程的等待任务并唤醒任务,此处将会切换到其他任务运行.
OsDealAliveChildProcess(processCB);//老父亲临终向各自的祖宗托孤
processCB->processStatus |= OS_PROCESS_STATUS_ZOMBIES;//贴上僵死进程的标签
(VOID)OsKill(processCB->parentProcessID, SIGCHLD, OS_KERNEL_KILL_PERMISSION);//以内核权限发送SIGCHLD(子进程退出)信号.
LOS_ListHeadInsert(&g_processRecyleList, &processCB->pendList);//将进程通过其阻塞节点挂入全局进程回收链表
OsRunTaskToDelete(runTask);//删除正在运行的任务
return;
}
LOS_Panic("pid : %u is the root process exit!\n", processCB->processID);
return;
}
解读
- 退群,向兄弟姐妹
siblingList告别,向朋友圈(进程组)告别subordinateGroupList.
- 留下你的死亡记录,老父亲记录到
exitChildList,朋友圈记录到exitProcessList中.
- 告诉后人死亡原因
OsProcessExitCodeSet,因为waitList上挂的任务在等待你的死亡信息.
- 向老祖宗托孤,用户态和内核态进程都有自己的祖宗进程(1和2号进程),老祖宗身子硬朗,最后死.所有的短命鬼进程都可以把自己的孩子委托给老祖宗照顾,老祖宗会一视同仁.
- 将自己变成了
OS_PROCESS_STATUS_ZOMBIES僵尸进程.
- 老父亲跑到村口广播这个孩子已经死亡的信号
OsKill.
- 将自己挂入进程回收链表,等待回收任务
ResourcesTask回收资源.
- 最后删除这个正在运行的任务,很明显其中一定会发生一次调度
OsSchedResched. //删除一个正在运行的任务
LITE_OS_SEC_TEXT VOID OsRunTaskToDelete(LosTaskCB *taskCB)
{
LosProcessCB *processCB = OS_PCB_FROM_PID(taskCB->processID);//拿到task所属进程
OsTaskReleaseHoldLock(processCB, taskCB);//task还锁
OsTaskStatusUnusedSet(taskCB);//task重置为未使用状态，等待回收
LOS_ListDelete(&taskCB->threadList);//从进程的线程链表中将自己摘除
processCB->threadNumber--;//进程的活动task --，注意进程还有一个记录总task的变量 processCB->threadCount
LOS_ListTailInsert(&g_taskRecyleList, &taskCB->pendList);//将task插入回收链表，等待回收资源再利用
OsEventWriteUnsafe(&g_resourceEvent, OS_RESOURCE_EVENT_FREE, FALSE, NULL);//发送释放资源的事件,事件由 OsResourceRecoveryTask 消费
OsSchedResched();//申请调度
return;
}
- 但这是一个自然死亡的进程,还有很多非正常死亡在其他篇幅中已有说明.请自行翻看.非正常死亡的会产生僵尸进程.这种进程需要别的进程通过
waitpid来回收.
孤儿进程
一般情况下往往是白发人送黑发人,子进程的生命周期是要短于父进程.但因为fork之后,进程之间相互独立,调度算法一视同仁,父子之间是弱的关系力,就什么情况都可能发生了.内核是允许老父亲先走的,如果父进程退出而它的一个或多个子进程还在运行，那么这些子进程就被称为孤儿进程,孤儿进程最终将被两位老祖宗(用户态和内核态)所收养,并由老祖宗完成对它们的状态收集工作。
//当一个进程自然退出的时候,它的孩子进程由两位老祖宗收养
STATIC VOID OsDealAliveChildProcess(LosProcessCB *processCB)
{
UINT32 parentID;
LosProcessCB *childCB = NULL;
LosProcessCB *parentCB = NULL;
LOS_DL_LIST *nextList = NULL;
LOS_DL_LIST *childHead = NULL;
if (!LOS_ListEmpty(&processCB->childrenList)) {//如果存在孩子进程
childHead = processCB->childrenList.pstNext;//获取孩子链表
LOS_ListDelete(&(processCB->childrenList));//清空自己的孩子链表
if (OsProcessIsUserMode(processCB)) {//是用户态进程
parentID = g_userInitProcess;//用户态进程老祖宗
} else {
parentID = g_kernelInitProcess;//内核态进程老祖宗
}
for (nextList = childHead; ;) {//遍历孩子链表
childCB = OS_PCB_FROM_SIBLIST(nextList);//找到孩子的真身
childCB->parentProcessID = parentID;//孩子磕头认老祖宗为爸爸
nextList = nextList->pstNext;//找下一个孩子进程
if (nextList == childHead) {//一圈下来,孩子们都磕完头了
break;
}
}
parentCB = OS_PCB_FROM_PID(parentID);//找个老祖宗的真身
LOS_ListTailInsertList(&parentCB->childrenList, childHead);//挂到老祖宗的孩子链表上
}
return;
}
解读
- 函数很简单,都一一注释了,老父亲临终托付后事,请各自的老祖宗照顾孩子.
- 从这里也可以看出进程的家族管理模式,两个家族从进程的出生到死亡负责到底.
僵尸进程
一个进程在终止时会关闭所有文件描述符，释放在用户空间分配的内存，但它的PCB还保留着，内核在其中保存了一些信息：如果是正常终止则保存着退出状态，如果是异常终止则保存着导致该进程终止的信号是哪个。这个进程的父进程可以调用wait或waitpid获取这些信息，然后彻底清除掉这个进程。
如果一个进程已经终止，但是它的父进程尚未调用wait或waitpid对它进行清理，这时的进程状态称为僵尸（Zombie）进程,即 Z 进程.任何进程在刚终止时都是僵尸进程，正常情况下，僵尸进程都立刻被父进程清理了. 不正常情况下就需要手动waitpid清理了.
waitpid
在鸿蒙系统中，一个进程结束了，但是它的父进程没有等待（调用wait waitpid）它，那么它将变成一个僵尸进程。通过系统调用 waitpid可以彻底的清理掉子进程.归还pcb.最终调用到SysWait
#include <sys/wait.h>
#include "syscall.h"
pid_t waitpid(pid_t pid, int *status, int options)
{
return syscall_cp(SYS_wait4, pid, status, options, 0);
}
//等待子进程结束
int SysWait(int pid, USER int *status, int options, void *rusage)
{
(void)rusage;
return LOS_Wait(pid, status, (unsigned int)options, NULL);
}
//返回已经终止的子进程的进程ID号，并清除僵死进程。
LITE_OS_SEC_TEXT INT32 LOS_Wait(INT32 pid, USER INT32 *status, UINT32 options, VOID *rusage)
{
(VOID)rusage;
UINT32 ret;
UINT32 intSave;
LosProcessCB *childCB = NULL;
LosProcessCB *processCB = NULL;
LosTaskCB *runTask = NULL;
ret = OsWaitOptionsCheck(options);//参数检查,只支持LOS_WAIT_WNOHANG
if (ret != LOS_OK) {
return -ret;
}
SCHEDULER_LOCK(intSave);
processCB = OsCurrProcessGet(); //获取当前进程
runTask = OsCurrTaskGet(); //获取当前任务
ret = OsWaitChildProcessCheck(processCB, pid, &childCB);//先检查下看能不能找到参数要求的退出子进程
if (ret != LOS_OK) {
pid = -ret;
goto ERROR;
}
if (childCB != NULL) {//找到了进程
return OsWaitRecycleChildPorcess(childCB, intSave, status);//回收进程
}
//没有找到,看是否要返回还是去做个登记
if ((options & LOS_WAIT_WNOHANG) != 0) {//有LOS_WAIT_WNOHANG标签
runTask->waitFlag = 0;//等待标识置0
pid = 0;//这里置0,是为了 return 0
goto ERROR;
}
//等待孩子进程退出
OsWaitInsertWaitListInOrder(runTask, processCB);//将当前任务挂入进程waitList链表
//发起调度的目的是为了让出CPU,让其他进程/任务运行
OsSchedResched();//发起调度
runTask->waitFlag = 0;
if (runTask->waitID == OS_INVALID_VALUE) {
pid = -LOS_ECHILD;//没有此子进程
goto ERROR;
}
childCB = OS_PCB_FROM_PID(runTask->waitID);//获取当前任务的等待子进程ID
if (!(childCB->processStatus & OS_PROCESS_STATUS_ZOMBIES)) {//子进程非僵死进程
pid = -LOS_ESRCH;//没有此进程
goto ERROR;
}
//回收僵死进程
return OsWaitRecycleChildPorcess(childCB, intSave, status);
ERROR:
SCHEDULER_UNLOCK(intSave);
return pid;
}
解读
-
pid是数据参数,根据不同的参数代表不同的含义,含义如下:
| 参数值 |
说明 |
| pid<-1 |
等待进程组号为pid绝对值的任何子进程。 |
| pid=-1 |
等待任何子进程，此时的waitpid()函数就退化成了普通的wait()函数。 |
| pid=0 |
等待进程组号与目前进程相同的任何子进程，也就是说任何和调用waitpid()函数的进程在同一个进程组的进程。 |
| pid>0 |
等待进程号为pid的子进程。 |
pid不同值代表的真正含义可以看这个函数OsWaitSetFlag.
//设置等待子进程退出方式方法
STATIC UINT32 OsWaitSetFlag(const LosProcessCB *processCB, INT32 pid, LosProcessCB **child)
{
LosProcessCB *childCB = NULL;
ProcessGroup *group = NULL;
LosTaskCB *runTask = OsCurrTaskGet();
UINT32 ret;
if (pid > 0) {//等待进程号为pid的子进程结束
/* Wait for the child process whose process number is pid. */
childCB = OsFindExitChildProcess(processCB, pid);//看能否从退出的孩子链表中找到PID
if (childCB != NULL) {//找到了,确实有一个已经退出的PID,注意一个进程退出时会挂到父进程的exitChildList上
goto WAIT_BACK;//直接成功返回
}
ret = OsFindChildProcess(processCB, pid);//看能否从现有的孩子链表中找到PID
if (ret != LOS_OK) {
return LOS_ECHILD;//参数进程并没有这个PID孩子,返回孩子进程失败.
}
runTask->waitFlag = OS_PROCESS_WAIT_PRO;//设置当前任务的等待类型
runTask->waitID = pid; //当前任务要等待进程ID结束
} else if (pid == 0) {//等待同一进程组中的任何子进程
/* Wait for any child process in the same process group */
childCB = OsFindGroupExitProcess(processCB->group, OS_INVALID_VALUE);//看能否从退出的孩子链表中找到PID
if (childCB != NULL) {//找到了,确实有一个已经退出的PID
goto WAIT_BACK;//直接成功返回
}
runTask->waitID = processCB->group->groupID;//等待进程组的任意一个子进程结束
runTask->waitFlag = OS_PROCESS_WAIT_GID;//设置当前任务的等待类型
} else if (pid == -1) {//等待任意子进程
/* Wait for any child process */
childCB = OsFindExitChildProcess(processCB, OS_INVALID_VALUE);//看能否从退出的孩子链表中找到PID
if (childCB != NULL) {//找到了,确实有一个已经退出的PID
goto WAIT_BACK;
}
runTask->waitID = pid;//等待PID,这个PID可以和当前进程没有任何关系
runTask->waitFlag = OS_PROCESS_WAIT_ANY;//设置当前任务的等待类型
} else { /* pid < -1 */ //等待指定进程组内为|pid|的所有子进程
/* Wait for any child process whose group number is the pid absolute value. */
group = OsFindProcessGroup(-pid);//先通过PID找到进程组
if (group == NULL) {
return LOS_ECHILD;
}
childCB = OsFindGroupExitProcess(group, OS_INVALID_VALUE);//在进程组里任意一个已经退出的子进程
if (childCB != NULL) {
goto WAIT_BACK;
}
runTask->waitID = -pid;//此处用负数是为了和(pid == 0)以示区别,因为二者的waitFlag都一样.
runTask->waitFlag = OS_PROCESS_WAIT_GID;//设置当前任务的等待类型
}
WAIT_BACK:
*child = childCB;
return LOS_OK;
}
-
status带走进程退出码,exitCode分成了三个部分格式如下
/*
* Process exit code
* 31 15 8 7 0
* | | exit code | core dump | signal |
*/
#define OS_PRO_EXIT_OK 0 //进程正常退出
//置进程退出码第七位为1
STATIC INLINE VOID OsProcessExitCodeCoreDumpSet(LosProcessCB *processCB)
{
processCB->exitCode |= 0x80U;// 0b10000000
}
//设置进程退出信号(0 ~ 7)
STATIC INLINE VOID OsProcessExitCodeSignalSet(LosProcessCB *processCB, UINT32 signal)
{
processCB->exitCode |= signal & 0x7FU;//0b01111111
}
//清除进程退出信号(0 ~ 7)
STATIC INLINE VOID OsProcessExitCodeSignalClear(LosProcessCB *processCB)
{
processCB->exitCode &= (~0x7FU);//低7位全部清0
}
//进程退出码是否被设置过,默认是 0 ,如果 & 0x7FU 还是 0 ,说明没有被设置过.
STATIC INLINE BOOL OsProcessExitCodeSignalIsSet(LosProcessCB *processCB)
{
return (processCB->exitCode) & 0x7FU;
}
//设置进程退出号(8 ~ 15)
STATIC INLINE VOID OsProcessExitCodeSet(LosProcessCB *processCB, UINT32 code)
{
processCB->exitCode |= ((code & 0x000000FFU) << 8U) & 0x0000FF00U; /* 8: Move 8 bits to the left, exitCode */
}
0 - 7为信号位,信号处理有专门的篇幅,此处不做详细介绍,请自行翻看,这里仅列出部分信号含义.
#define SIGHUP 1 //终端挂起或者控制进程终止
#define SIGINT 2 //键盘中断（如break键被按下）
#define SIGQUIT 3 //键盘的退出键被按下
#define SIGILL 4 //非法指令
#define SIGTRAP 5 //跟踪陷阱（trace trap），启动进程，跟踪代码的执行
#define SIGABRT 6 //由abort(3)发出的退出指令
#define SIGIOT SIGABRT //abort发出的信号
#define SIGBUS 7 //总线错误
#define SIGFPE 8 //浮点异常
#define SIGKILL 9 //常用的命令 kill 9 123 | 不能被忽略、处理和阻塞
#define SIGUSR1 10 //用户自定义信号1
#define SIGSEGV 11 //无效的内存引用, 段违例（segmentation violation），进程试图去访问其虚地址空间以外的位置
#define SIGUSR2 12 //用户自定义信号2
#define SIGPIPE 13 //向某个非读管道中写入数据
#define SIGALRM 14 //由alarm(2)发出的信号,默认行为为进程终止
#define SIGTERM 15 //终止信号
#define SIGSTKFLT 16 //栈溢出
#define SIGCHLD 17 //子进程结束信号
#define SIGCONT 18 //进程继续（曾被停止的进程）
#define SIGSTOP 19 //终止进程 | 不能被忽略、处理和阻塞
#define SIGTSTP 20 //控制终端（tty）上 按下停止键
#define SIGTTIN 21 //进程停止，后台进程企图从控制终端读
#define SIGTTOU 22 //进程停止，后台进程企图从控制终端写
#define SIGURG 23 //I/O有紧急数据到达当前进程
#define SIGXCPU 24 //进程的CPU时间片到期
#define SIGXFSZ 25 //文件大小的超出上限
#define SIGVTALRM 26 //虚拟时钟超时
#define SIGPROF 27 //profile时钟超时
#define SIGWINCH 28 //窗口大小改变
#define SIGIO 29 //I/O相关
#define SIGPOLL 29 //
#define SIGPWR 30 //电源故障,关机
#define SIGSYS 31 //系统调用中参数错，如系统调用号非法
#define SIGUNUSED SIGSYS //系统调用异常
-
options是行为参数,提供了一些另外的选项来控制waitpid()函数的行为。
| 参数值 |
鸿蒙支持 |
说明 |
| LOS_WAIT_WNOHANG |
支持 |
如果没有孩子进程退出，则立即返回,而不是阻塞在这个函数上等待；如果结束了，则返回该子进程的进程号。 |
| LOS_WAIT_WUNTRACED |
不支持 |
报告终止或停止的子进程的状态 |
| LOS_WAIT_WCONTINUED |
不支持 |
|
鸿蒙目前只支持了LOS_WAIT_WNOHANG模式,内核源码中虽有LOS_WAIT_WUNTRACED和LOS_WAIT_WCONTINUED的实现痕迹,但是整体阅读下来比较乱,应该是没有写好.
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