进程

我们日常生活中，手机上会安装各种APP，比如微信、QQ等程序。当系统执行它时，需要很多资源，除了程序代码，还包括于各种依赖文件、内存、处理器等。程序代码运行后，包含在系统中使用到的一些资源，就被当成系统中的一个进程。
在终端敲入ps aux命令可以看到当前的进程。
这里写图片描述

线程

系统中进程是对资源的抽象，而实际任务调度的最小单元是线程。在linux系统上，进程和线程并没有特殊区分。线程即是一种特殊的进程：当他们使用的系统资源大部分都是共享时，就可以当成线程。
使用线程的好处有很多：比如减少系统在不同任务间切换带来的开销（在同一个程序中），提高系统的运行效率等。
可以使用C库中的clone、pthread_create等API，在用户空间创建线程。
终端中ps命令加上-T选项就可以看到系统中的线程。

这里写图片描述
可以看到，几个线程他们的pid号都相等，这是为了遵循POSIX标准，但是内核可以用SPID（tgid）把他们区分开来。

pid_t pid;
pid_t tgid;

每个task都包含这两个变量。pid既然是一个变量，那么肯定有数量限制，可以通过读取proc节点获取当前最大pid值（cat /proc/sys/kernel/pid_max）。

后续文章为了行文方便，就不细分进程线程。

task_struct

在linux系统中，使用task_struct来描述进程所拥有的资源，他有几KB的大小。

struct task_struct {
#ifdef CONFIG_THREAD_INFO_IN_TASK
        /*
         * For reasons of header soup (see current_thread_info()), this
         * must be the first element of task_struct.
         */
        struct thread_info              thread_info;
#endif
        /* -1 unrunnable, 0 runnable, >0 stopped: */
        volatile long                   state;        
……
……
……
#endif
#ifdef CONFIG_LIVEPATCH
        int patch_state;
#endif
#ifdef CONFIG_SECURITY
        /* Used by LSM modules for access restriction: */
        void                            *security;
#endif

        /*
         * New fields for task_struct should be added above here, so that
         * they are included in the randomized portion of task_struct.
         */
        randomized_struct_fields_end

        /* CPU-specific state of this task: */
        struct thread_struct            thread;

        /*
         * WARNING: on x86, 'thread_struct' contains a variable-sized
         * structure.  It *MUST* be at the end of 'task_struct'.
         *
         * Do not put anything below here!
         */
};

这个结构体中存放的信息很多：进程状态、进程信息、内核栈、进程调度、进程地址空问、进程ID、组管理、用户管理、工作目录、根目录、文件描述符、信号信息、信号处理程序等。
每个进程都会有一个内核栈来存储信息，arm平台一般32位芯片内核栈大小为8KB，64位芯片内核栈大小为16KB。在2.6以前的内核，task_struct直接存储在内核栈的底部。

thread_info

在2.6版本之后，出于性能和资源的考虑，描述进程信息的task_struct使用内存接口动态分配（slab分配器）。而内核栈中保留thread_info，thread_info仍然固定存放在内核栈的底部。SP寄存器的值经过位操作，就可以得到thread_info地址，thread_info中存放了task_struct的指针，这样就可以找到对应的进程信息。
这里写图片描述
上图很好展现了arm平台sp、thread_info、task_struct之间的关系。
在arm64平台上内核开发者利用了硬件的新特性，因为用户态进入内核态时，寄存器会被保存在pt_regs数组中（存放在内核栈顶部），用户态的sp指针暂时不会使用，所以利用他来存放当前task_struct的位置。这使得不再需要用thread_info来找到当前task_struct。
这里写图片描述

static __always_inline struct task_struct *get_current(void)
{
        unsigned long sp_el0;

        asm ("mrs %0, sp_el0" : "=r" (sp_el0));

        return (struct task_struct *)sp_el0;
}

sp_el0即用户态的sp寄存器，get_current直接利用他来得到当前的task_struct地址。
因为这个改变，thread_info也被大大删减。
ARM32平台：

struct thread_info {
        unsigned long           flags;          /* low level flags */
        int                     preempt_count;  /* 0 => preemptable, <0 => bug */
        mm_segment_t            addr_limit;     /* address limit */
        struct task_struct      *task;          /* main task structure */
        __u32                   cpu;            /* cpu */
        __u32                   cpu_domain;     /* cpu domain */
        struct cpu_context_save cpu_context;    /* cpu context */
        __u32                   syscall;        /* syscall number */
        __u8                    used_cp[16];    /* thread used copro */
        unsigned long           tp_value[2];    /* TLS registers */
#ifdef CONFIG_CRUNCH
        struct crunch_state     crunchstate;
#endif
        union fp_state          fpstate __attribute__((aligned(8)));
        union vfp_state         vfpstate;
#ifdef CONFIG_ARM_THUMBEE
        unsigned long           thumbee_state;  /* ThumbEE Handler Base register */
#endif
};

ARM64平台:

struct thread_info {
        unsigned long           flags;          /* low level flags */
        mm_segment_t            addr_limit;     /* address limit */
#ifdef CONFIG_ARM64_SW_TTBR0_PAN
        u64                     ttbr0;          /* saved TTBR0_EL1 */
#endif
        int                     preempt_count;  /* 0 => preemptable, <0 => bug */
};

（一）进程管理之进程

进程

线程

task_struct

thread_info

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