Linux Process - 2

Linux Kernel 將所有的 Task 藉由 struct list_head 串成串列
依據指標鏈結方式的不同，會得到不同的串列結果

• 由 tasks 構成的行程的環狀雙向鏈結串列
串列首為 init_task，即 swapper(0)，最後一個行程的 tasks 指標會指回 swapper(0)

假設系統中只存在 3個行程，分別為 swapper、init 及 Process-X，則 tasks 串列如下：
(以下的圖形都只畫出 next 方向的指標)

欲走訪 tasks 串列的所有節點，可使用以下方式：

struct task_struct *task = NULL;

for_each_process( task )
{
　　//列出所有行程的名稱與 PID
　　printk("%s(%d)\n", task->comm, task->pid);
}

• 由 children & sibliing 構成的父程序與子程序串列
每一個行程都可能會衍生出子行程，以 children 指標表示其第一個子行程
而子行程彼此之間以 sibling 指標鏈結，最後一個子行程的 sibling 指標則指向父行程
至於沒有子行程的行程，其 children 指標會指向自己

假設 Process-A 衍生出 Process-B，而 Process-B 衍生出 Process-C
則 children & sibling 串列如下:

假設 Process-D 衍生出 Process-E 與 Process-F，則 children & sibling 串列如下：

欲搜尋目前行程的所有子行程，可使用以下方式：

struct task_struct *task = NULL;
struct list_head *list = NULL;

list_for_each(list, &(current->children))
{
　　task = list_entry(list, struct task_struct, sibling);
　　//現在 task 已指向 current 的某個子行程
}

Linux Process - 1

Linux 將 Process 與 Thread 都視為 Task，所以兩者使用同樣的資料結構
定義於 include/linux/sched.h
事實上，struct task_struct 是很大的結構，又稱為 Process Descriptor，這裏只列出幾個欄位
其中 tasks、children、sibling 為 struct list_head 的型態，用來建立所有 Task 彼此間的串列關係
而 pid 是用來識別各個 Task 的唯一編號

struct list_head
{
　　struct list_head *next;
　　struct list_head *prev;
};

定義於 include/linux/list.h
這是一個雙向鏈結串列，在 Task 結構中嵌入 struct list_head 的欄位，便可以建立串列
若要經由 list_head 的指標取回 Task 的結構，則使用以下的巨集：

list_entry(ptr, type, member)

此外，在 Kernel 中使用 current 這個巨集，可以直接取得目前正在執行的 Task 的指標
定義於 include/asm-i386/current.h


Linux 第一個執行的 Task 是 swapper(0)，以靜態變數 init_task 表示
第二個 Task 是 init(1)，是由 swapper 衍生出來的，然後 init 會再衍生出其他 Task
而這兩個最初的 Task 可以畫出以下的串列關係：

Linux Memory Paging - 3

Linux Kernel 有自己專屬的 Page Directory 及 Page Table
在系統初始化時，會先建立 2個 Page Table -- 包含 2048個 Page，共 8MB 的記憶體空間
這 8MB 是 Linux 開機最少需要的記憶體大小，而且保留給 Kernel 使用

Kernel Page Global Directory 是以變數 swapper_pg_dir 表示
其資料結構可視為含有 1024 個元素的 pgd_t 型態的陣列
實體記憶體位址為 0x00101000

Kernel Page Table (第 0及第 1個 Table) 是以變數 pg0 及 pg1 表示
其資料結構可視為含有 1024個元素的 pte_t 型態的陣列
實體記憶體位址分別為 0x00102000 及 0x00103000

Linux Page 初始化的動作定義於 arch/i386/kernel/head.S
因為開機時僅需要 8MB，所以只要初始化 2個 Page Table 便可，即 pg0 及 pg1
其餘的 Page Table 均填入 0 的值

又為了讓這 2個 Page Table 可以被 Real Mode 及 Protect Mode 所存取
Kernel Page Global Directory 中的第 0、第 768個 Entry以及第 1、第 769個 Entry
分別會設為相同的 Page Table 的實體記憶體位址，如圖所示


初始化完成後，得到以下的結果：
swapper_pg_dir[0] = swapper_pg_dir[768] = 0x00102007
swapper_pg_dir[1] = swapper_pg_dir[769] = 0x00103007
pg0 加上 pg1 定址到實體記憶體 0x00000000 - 0x007FFFFF，共 8MB 的分頁

根據 pgd_t 及 pte_t 的欄位格式可得知：
1) bit 0-11 為 0x007，表示 Enable 旗號 Present、Read/Write、User/Supervisor
2) bit 12-31 為 Base Address