fork.c

/*
 * linux/kernel/fork.c
 *
 * (C) 1991 Linus Torvalds
 */

/*
 * 'fork.c' contains the help-routines for the 'fork' system call
 * (see also system_call.s), and some misc functions ('verify_area').
 * Fork is rather simple, once you get the hang of it, but the memory
 * management can be a bitch. See 'mm/mm.c': 'copy_page_tables()'
 */
#include <errno.h>

#include <linux/sched.h>
#include <linux/kernel.h>
#include <asm/segment.h>
#include <asm/system.h>

extern void write_verify(unsigned long address);//写页面验证


long last_pid=0;//最新进程号，由get_empty_process()生成


void verify_area(void * addr,int size)//进程空间区域写前验证函数,是以页为单位进行的

{
    unsigned long start;

    start = (unsigned long) addr;
    size += start & 0xfff;//指定起始位置start/addr在页面中的偏移值

    start &= 0xfffff000;//找出addr所在页的开始地址start，页的左边界开始位置，此时start是当前进程空间的逻辑位置

    start += get_base(current->ldt[2]);//变成系统4G 线性空间的地址，current->ldt[2]数据和堆栈段

    while (size>0) {
        size -= 4096;//以页为单位进行测试的

        write_verify(start);
        start += 4096;
    }
}

int copy_mem(int nr,struct task_struct * p)//复制内存页表，nr为任务号，p为新任务数据结构，采用写时拷贝技术，因此这里仅为新进程设置自己的页目录表项和页表项，没有实际为新里程 分配物理内存页面，此时新进程与父进程共享所有的内存页面。

{
    unsigned long old_data_base,new_data_base,data_limit;//基址、限长

    unsigned long old_code_base,new_code_base,code_limit;

    code_limit=get_limit(0x0f);//取当前进程中局部描述表代码段描述符项中的段限长

    data_limit=get_limit(0x17);//取当前进程中局部描述表数据段描述符项中的段限长

    old_code_base = get_base(current->ldt[1]);//取当前进程中局部描述表代码段在线性地址空间中的基地址

    old_data_base = get_base(current->ldt[2]);////取当前进程中局部描述表数据段在线性地址空间中的基地址

    if (old_data_base != old_code_base)//linux0.11内核不支持代码和数据段分立的情况

        panic("We don't support separate I&D");
    if (data_limit < code_limit)
        panic("Bad data_limit");
    new_data_base = new_code_base = nr * 0x4000000;//nr*64M

    p->start_code = new_code_base;//新任务代码段地址

    set_base(p->ldt[1],new_code_base);//新任务中局部描述表代码段

    set_base(p->ldt[2],new_data_base);////新任务中局部描述表数据和堆栈段

    if (copy_page_tables(old_data_base,new_data_base,data_limit)) {//复制当前进程（父进程）中页目录表项和页表项

        free_page_tables(new_data_base,data_limit);
        return -ENOMEM;
    }
    return 0;
}

/*
 * Ok, this is the main fork-routine. It copies the system process
 * information (task[nr]) and sets up the necessary registers. It
 * also copies the data segment in it's entirety.
 */
int copy_process(int nr,long ebp,long edi,long esi,long gs,long none,
        long ebx,long ecx,long edx,
        long fs,long es,long ds,
        long eip,long cs,long eflags,long esp,long ss)//由system_call.s line 208 line 217 调用，主要实现复制进程信息，参数nr是由find_empty_process函数返回的

{
    struct task_struct *p;
    int i;
    struct file *f;

    p = (struct task_struct *) get_free_page();//为新任务数据结构分配内存（1页内存）

    if (!p)
        return -EAGAIN;
    task[nr] = p;//nr由find_empty_process函数返回，新任务指向p

    *p = *current;    /* NOTE! this doesn't copy the supervisor stack ,这样不会复制超级用户堆栈，只复制进程结构*/
    p->state = TASK_UNINTERRUPTIBLE;
    p->pid = last_pid;////最新进程号，由get_empty_process()生成

    p->father = current->pid;//父进程号

    p->counter = p->priority;//运行时间片，一开始等于运行优先数

    p->signal = 0;//信号位图置0

    p->alarm = 0;//报警指定值置0

    p->leader = 0;        /* process leadership doesn't inherit ，会话领导权置0，是不可继承的*/
    p->utime = p->stime = 0;//用户态运行时间 和核心态运行时间

    p->cutime = p->cstime = 0;//子进程用户态和核心态运行时间

    p->start_time = jiffies;//子进程开始运行 时间，（当前时间滴答数）

    p->tss.back_link = 0;//子进程 的任务状态段数据结构信息

    p->tss.esp0 = PAGE_SIZE + (long) p;//任务内核态栈指针（由于系统给任务p分配 了1页新内存，所以PAGE_SIZE + (long) p 让esp0正好指向该页顶端）

    p->tss.ss0 = 0x10;
    p->tss.eip = eip;
    p->tss.eflags = eflags;
    p->tss.eax = 0;
    p->tss.ecx = ecx;
    p->tss.edx = edx;
    p->tss.ebx = ebx;
    p->tss.esp = esp;
    p->tss.ebp = ebp;
    p->tss.esi = esi;
    p->tss.edi = edi;
    p->tss.es = es & 0xffff;
    p->tss.cs = cs & 0xffff;
    p->tss.ss = ss & 0xffff;
    p->tss.ds = ds & 0xffff;
    p->tss.fs = fs & 0xffff;
    p->tss.gs = gs & 0xffff;
    p->tss.ldt = _LDT(nr);//任务局部表描述符的选择符

    p->tss.trace_bitmap = 0x80000000;//高16闰有效

    if (last_task_used_math == current)//如果当前任务（父进程）用了协处理器，就保存上下文

        __asm__("clts ; fnsave %0"::"m" (p->tss.i387));
    if (copy_mem(nr,p)) {//复制进程内存页表，返回不为0时，表示出错

        task[nr] = NULL;
        free_page((long) p);
        return -EAGAIN;
    }
    for (i=0; i<NR_OPEN;i++)//如果父进程有打开的文件，则将对应文件的打开次数增1，因为创建的的子进程与父进程将共享这些打开的文件

        if (f=p->filp[i])
            f->f_count++;
    if (current->pwd)//原理同前

        current->pwd->i_count++;
    if (current->root)//同前

        current->root->i_count++;
    if (current->executable)//同前

        current->executable->i_count++;
    set_tss_desc(gdt+(nr<<1)+FIRST_TSS_ENTRY,&(p->tss));//设置新任务TSS段描述符项

    set_ldt_desc(gdt+(nr<<1)+FIRST_LDT_ENTRY,&(p->ldt));//设置新任务LDT段描述符项

    p->state = TASK_RUNNING;    /* do this last, just in case ，最后才将新任务置为运行状态*/
    return last_pid;
}

int find_empty_process(void)////由system_call.s line 208 line 209 调用，主要作用：为新进程取的不重复的进程号last_pid

{
    int i;

    repeat:
        if ((++last_pid)<0) last_pid=1;
        for(i=0 ; i<NR_TASKS ; i++)
            if (task[i] && task[i]->pid == last_pid) goto repeat;
    for(i=1 ; i<NR_TASKS ; i++)
        if (!task[i])
            return i;//last_pid是全局变量，不用返回

    return -EAGAIN;
}