#ifndef _SCHED_H
#define _SCHED_H#define NR_TASKS 64 // 系统中同时最多任务（进程）数。
#define HZ 100 // 定义系统时钟滴答频率(1 百赫兹，每个滴答10ms)#define FIRST_TASK task[0] // 任务0 比较特殊，所以特意给它单独定义一个符号。
#define LAST_TASK task[NR_TASKS-1] // 任务数组中的最后一项任务。#include <linux/head.h> // head 头文件，定义了段描述符的简单结构，和几个选择符常量。
#include <linux/fs.h> // 文件系统头文件。定义文件表结构（file,buffer_head,m_inode 等）。
#include <linux/mm.h> // 内存管理头文件。含有页面大小定义和一些页面释放函数原型。
#include <signal.h> // 信号头文件。定义信号符号常量，信号结构以及信号操作函数原型。#if (NR_OPEN > 32)
#error "Currently the close-on-exec-flags are in one word, max 32 files/proc"
#endif// 这里定义了进程运行可能处的状态。
#define TASK_RUNNING 0 // 进程正在运行或已准备就绪。
#define TASK_INTERRUPTIBLE 1 // 进程处于可中断等待状态。
#define TASK_UNINTERRUPTIBLE 2 // 进程处于不可中断等待状态，主要用于I/O 操作等待。
#define TASK_ZOMBIE 3 // 进程处于僵死状态，已经停止运行，但父进程还没发信号。
#define TASK_STOPPED 4 // 进程已停止。#ifndef NULL
#define NULL ((void *) 0) // 定义NULL 为空指针。
#endif// 复制进程的页目录页表。Linus 认为这是内核中最复杂的函数之一。( mm/memory.c, 105 )
extern int copy_page_tables (unsigned long from, unsigned long to, long size);
// 释放页表所指定的内存块及页表本身。( mm/memory.c, 150 )
extern int free_page_tables (unsigned long from, unsigned long size);// 调度程序的初始化函数。( kernel/sched.c, 385 )
extern void sched_init (void);
// 进程调度函数。( kernel/sched.c, 104 )
extern void schedule (void);
// 异常(陷阱)中断处理初始化函数，设置中断调用门并允许中断请求信号。( kernel/traps.c, 181 )
extern void trap_init (void);
// 显示内核出错信息，然后进入死循环。( kernel/panic.c, 16 )。
extern void panic (const char *str);
// 往tty 上写指定长度的字符串。( kernel/chr_drv/tty_io.c, 290 )。
extern int tty_write (unsigned minor, char *buf, int count);typedef int (*fn_ptr) (); // 定义函数指针类型。// 下面是数学协处理器使用的结构，主要用于保存进程切换时i387 的执行状态信息。
struct i387_struct
{
long cwd; // 控制字(Control word)。
long swd; // 状态字(Status word)。
long twd; // 标记字(Tag word)。
long fip; // 协处理器代码指针。
long fcs; // 协处理器代码段寄存器。
long foo;
long fos;
long st_space[20]; /* 8*10 bytes for each FP-reg = 80 bytes */
};// 任务状态段数据结构（参见列表后的信息）。
struct tss_struct
{
long back_link; /* 16 high bits zero */
long esp0;
long ss0; /* 16 high bits zero */
long esp1;
long ss1; /* 16 high bits zero */
long esp2;
long ss2; /* 16 high bits zero */
long cr3;
long eip;
long eflags;
long eax, ecx, edx, ebx;
long esp;
long ebp;
long esi;
long edi;
long es; /* 16 high bits zero */
long cs; /* 16 high bits zero */
long ss; /* 16 high bits zero */
long ds; /* 16 high bits zero */
long fs; /* 16 high bits zero */
long gs; /* 16 high bits zero */
long ldt; /* 16 high bits zero */
long trace_bitmap; /* bits: trace 0, bitmap 16-31 */
struct i387_struct i387;
};// 这里是任务（进程）数据结构，或称为进程描述符。
// ==========================
// long state 任务的运行状态（-1 不可运行，0 可运行(就绪)，>0 已停止）。
// long counter 任务运行时间计数(递减)（滴答数），运行时间片。
// long priority 运行优先数。任务开始运行时counter = priority，越大运行越长。
// long signal 信号。是位图，每个比特位代表一种信号，信号值=位偏移值+1。
// struct sigaction sigaction[32] 信号执行属性结构，对应信号将要执行的操作和标志信息。
// long blocked 进程信号屏蔽码（对应信号位图）。
// --------------------------
// int exit_code 任务执行停止的退出码，其父进程会取。
// unsigned long start_code 代码段地址。 这些是由exec进行修改的
// unsigned long end_code 代码长度（字节数）。
// unsigned long end_data 代码长度 + 数据长度（字节数）。
// unsigned long brk 总长度（字节数）。
// unsigned long start_stack 堆栈段地址。
// long pid 进程标识号(进程号)。
// long father 父进程号。
// long pgrp 父进程组号。
// long session 会话号。
// long leader 会话首领。
// unsigned short uid 用户标识号（用户id）。
// unsigned short euid 有效用户id。
// unsigned short suid 保存的用户id。
// unsigned short gid 组标识号（组id）。
// unsigned short egid 有效组id。
// unsigned short sgid 保存的组id。
// long alarm 报警定时值（滴答数）。
// long utime 用户态运行时间（滴答数）。
// long stime 系统态运行时间（滴答数）。
// long cutime 子进程用户态运行时间。
// long cstime 子进程系统态运行时间。
// long start_time 进程开始运行时刻。
// unsigned short used_math 标志：是否使用了协处理器。
// --------------------------
// int tty 进程使用tty 的子设备号。-1 表示没有使用。
// unsigned short umask 文件创建属性屏蔽位。
// struct m_inode * pwd 当前工作目录i 节点结构。
// struct m_inode * root 根目录i 节点结构。
// struct m_inode * executable 执行文件i 节点结构。
// unsigned long close_on_exec 执行时关闭文件句柄位图标志。（参见include/fcntl.h）
// struct file * filp[NR_OPEN] 进程使用的文件表结构。
// --------------------------
// struct desc_struct ldt[3] 本任务的局部表描述符。0-空，1-代码段cs，2-数据和堆栈段ds&ss。
// --------------------------
// struct tss_struct tss 本进程的任务状态段信息结构。
// ==========================
struct task_struct
{
/* these are hardcoded - don't touch */
long state; /* -1 unrunnable, 0 runnable, >0 stopped */
long counter;
long priority;
long signal;
struct sigaction sigaction[32];
long blocked; /* bitmap of masked signals */
/* various fields */
int exit_code;
unsigned long start_code, end_code, end_data, brk, start_stack;
long pid, father, pgrp, session, leader;
unsigned short uid, euid, suid;
unsigned short gid, egid, sgid;
long alarm;
long utime, stime, cutime, cstime, start_time;
unsigned short used_math;
/* file system info */
int tty; /* -1 if no tty, so it must be signed */
unsigned short umask;
struct m_inode *pwd;
struct m_inode *root;
struct m_inode *executable;
unsigned long close_on_exec;
struct file *filp[NR_OPEN];
/* ldt for this task 0 - zero 1 - cs 2 - ds&ss */
struct desc_struct ldt[3];
/* tss for this task */
struct tss_struct tss;
};/*
* INIT_TASK is used to set up the first task table, touch at
* your own risk!. Base=0, limit=0x9ffff (=640kB)
*/
/*
* INIT_TASK 用于设置第1 个任务表，若想修改，责任自负?！
* 基址Base = 0，段长limit = 0x9ffff（=640kB）。
*/
// 对应上面任务结构的第1 个任务的信息。
#define INIT_TASK \
/* state etc */ { 0,15,15, \ // state, counter, priority
/* signals */ 0,
{
{
}
,}, 0, \ // signal, sigaction[32], blocked
/* ec,brk... */ 0, 0, 0, 0, 0, 0, \
// exit_code,start_code,end_code,end_data,brk,start_stack
/* pid etc.. */ 0, -1, 0, 0, 0, \
// pid, father, pgrp, session, leader
/* uid etc */ 0, 0, 0, 0, 0, 0, \
// uid, euid, suid, gid, egid, sgid
/* alarm */ 0, 0, 0, 0, 0, 0, \
// alarm, utime, stime, cutime, cstime, start_time
/* math */ 0, \
// used_math
/* fs info */ -1, 0022, NULL, NULL, NULL, 0, \
// tty,umask,pwd,root,executable,close_on_exec
/* filp */
{
NULL,}, \ // filp[20]
{
\ // ldt[3]
{
0, 0}
,
/* ldt */
{
0x9f, 0xc0fa00}
, \ // 代码长640K，基址0x0，G=1，D=1，DPL=3，P=1 TYPE=0x0a
{
0x9f, 0xc0f200}
, \ // 数据长640K，基址0x0，G=1，D=1，DPL=3，P=1 TYPE=0x02
},
/*tss*/
{
0, PAGE_SIZE + (long) &init_task, 0x10, 0, 0, 0, 0, (long) &pg_dir, \ // tss
0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0,
0, 0, 0x17, 0x17, 0x17, 0x17, 0x17, 0x17, _LDT (0), 0x80000000,
{
}
}
,}extern struct task_struct *task[NR_TASKS]; // 任务数组。
extern struct task_struct *last_task_used_math; // 上一个使用过协处理器的进程。
extern struct task_struct *current; // 当前进程结构指针变量。
extern long volatile jiffies; // 从开机开始算起的滴答数（10ms/滴答）。
extern long startup_time; // 开机时间。从1970:0:0:0 开始计时的秒数。#define CURRENT_TIME (startup_time+jiffies/HZ) // 当前时间（秒数）。// 添加定时器函数（定时时间jiffies 滴答数，定时到时调用函数*fn()）。( kernel/sched.c,272)
extern void add_timer (long jiffies, void (*fn) (void));
// 不可中断的等待睡眠。( kernel/sched.c, 151 )
extern void sleep_on (struct task_struct **p);
// 可中断的等待睡眠。( kernel/sched.c, 167 )
extern void interruptible_sleep_on (struct task_struct **p);
// 明确唤醒睡眠的进程。( kernel/sched.c, 188 )
extern void wake_up (struct task_struct **p);/*
* Entry into gdt where to find first TSS. 0-nul, 1-cs, 2-ds, 3-syscall
* 4-TSS0, 5-LDT0, 6-TSS1 etc ...
*/
/*
* 寻找第1 个TSS 在全局表中的入口。0-没有用nul，1-代码段cs，2-数据段ds，3-系统段syscall
* 4-任务状态段TSS0，5-局部表LTD0，6-任务状态段TSS1，等。
*/
// 全局表中第1 个任务状态段(TSS)描述符的选择符索引号。
#define FIRST_TSS_ENTRY 4
// 全局表中第1 个局部描述符表(LDT)描述符的选择符索引号。
#define FIRST_LDT_ENTRY (FIRST_TSS_ENTRY+1)
// 宏定义，计算在全局表中第n 个任务的TSS 描述符的索引号（选择符）。
#define _TSS(n) ((((unsigned long) n)<<4)+(FIRST_TSS_ENTRY<<3))
// 宏定义，计算在全局表中第n 个任务的LDT 描述符的索引号。
#define _LDT(n) ((((unsigned long) n)<<4)+(FIRST_LDT_ENTRY<<3))
// 宏定义，加载第n 个任务的任务寄存器tr。
#define ltr(n) __asm__( "ltr %%ax":: "a" (_TSS(n)))
// 宏定义，加载第n 个任务的局部描述符表寄存器ldtr。
#define lldt(n) __asm__( "lldt %%ax":: "a" (_LDT(n)))
// 取当前运行任务的任务号（是任务数组中的索引值，与进程号pid 不同）。
// 返回：n - 当前任务号。用于( kernel/traps.c, 79)。
#define str(n) \
__asm__( "str %%ax\n\t" \ // 将任务寄存器中TSS 段的有效地址??ax
"subl %2,%%eax\n\t" \ // (eax - FIRST_TSS_ENTRY*8)??eax
"shrl $4,%%eax" \ // (eax/16)??eax = 当前任务号。
: "=a" (n):"a" (0), "i" (FIRST_TSS_ENTRY << 3))
/*
* switch_to(n) should switch tasks to task nr n, first
* checking that n isn't the current task, in which case it does nothing.
* This also clears the TS-flag if the task we switched to has used
* tha math co-processor latest.
*/
/*
* switch_to(n)将切换当前任务到任务nr，即n。首先检测任务n 不是当前任务，
* 如果是则什么也不做退出。如果我们切换到的任务最近（上次运行）使用过数学
* 协处理器的话，则还需复位控制寄存器cr0 中的TS 标志。
*/
// 输入：%0 - 新TSS 的偏移地址(*&__tmp.a)； %1 - 存放新TSS 的选择符值(*&__tmp.b)；
// dx - 新任务n 的选择符；ecx - 新任务指针task[n]。
// 其中临时数据结构__tmp 中，a 的值是32 位偏移值，b 为新TSS 的选择符。在任务切换时，a 值
// 没有用（忽略）。在判断新任务上次执行是否使用过协处理器时，是通过将新任务状态段的地址与
// 保存在last_task_used_math 变量中的使用过协处理器的任务状态段的地址进行比较而作出的。
#define switch_to(n) {\
struct {long a,b;} __tmp; \
__asm__( "cmpl %%ecx,_current\n\t" \ // 任务n 是当前任务吗?(current ==task[n]?)
"je 1f\n\t" \ // 是，则什么都不做，退出。
"movw %%dx,%1\n\t" \ // 将新任务的选择符??*&__tmp.b。
"xchgl %%ecx,_current\n\t" \ // current = task[n]；ecx = 被切换出的任务。
"ljmp %0\n\t" \ // 执行长跳转至*&__tmp，造成任务切换。
// 在任务切换回来后才会继续执行下面的语句。
"cmpl %%ecx,_last_task_used_math\n\t" \ // 新任务上次使用过协处理器吗？
"jne 1f\n\t" \ // 没有则跳转，退出。
"clts\n" \ // 新任务上次使用过协处理器，则清cr0 的TS 标志。
"1:"::"m" (*&__tmp.a), "m" (*&__tmp.b),
"d" (_TSS (n)), "c" ((long) task[n]));
}// 页面地址对准。（在内核代码中没有任何地方引用!!）
#define PAGE_ALIGN(n) (((n)+0xfff)&0xfffff000)// 设置位于地址addr 处描述符中的各基地址字段(基地址是base)，参见列表后说明。
// %0 - 地址addr 偏移2；%1 - 地址addr 偏移4；%2 - 地址addr 偏移7；edx - 基地址base。
#define _set_base(addr,base) \
__asm__( "movw %%dx,%0\n\t" \ // 基址base 低16 位(位15-0)??[addr+2]。
"rorl $16,%%edx\n\t" \ // edx 中基址高16 位(位31-16)??dx。
"movb %%dl,%1\n\t" \ // 基址高16 位中的低8 位(位23-16)??[addr+4]。
"movb %%dh,%2" \ // 基址高16 位中的高8 位(位31-24)??[addr+7]。
::"m" (*((addr) + 2)), "m" (*((addr) + 4)), "m" (*((addr) + 7)), "d" (base):"dx")
// 设置位于地址addr 处描述符中的段限长字段(段长是limit)。
// %0 - 地址addr；%1 - 地址addr 偏移6 处；edx - 段长值limit。
#define _set_limit(addr,limit) \
__asm__( "movw %%dx,%0\n\t" \ // 段长limit 低16 位(位15-0)??[addr]。
"rorl $16,%%edx\n\t" \ // edx 中的段长高4 位(位19-16)??dl。
"movb %1,%%dh\n\t" \ // 取原[addr+6]字节??dh，其中高4 位是些标志。
"andb $0xf0,%%dh\n\t" \ // 清dh 的低4 位(将存放段长的位19-16)。
"orb %%dh,%%dl\n\t" \ // 将原高4 位标志和段长的高4 位(位19-16)合成1 字节，
"movb %%dl,%1" \ // 并放会[addr+6]处。
::"m" (*(addr)), "m" (*((addr) + 6)), "d" (limit):"dx")
// 设置局部描述符表中ldt 描述符的基地址字段。
#define set_base(ldt,base) _set_base( ((char *)&(ldt)) , base )
// 设置局部描述符表中ldt 描述符的段长字段。
#define set_limit(ldt,limit) _set_limit( ((char *)&(ldt)) , (limit-1)>>12 )
// 从地址addr 处描述符中取段基地址。功能与_set_base()正好相反。
// edx - 存放基地址(__base)；%1 - 地址addr 偏移2；%2 - 地址addr 偏移4；%3 - addr 偏移7。
#define _get_base(addr) ({\
unsigned long __base; \
__asm__( "movb %3,%%dh\n\t" \ // 取[addr+7]处基址高16 位的高8 位(位31-24)??dh。
"movb %2,%%dl\n\t" \ // 取[addr+4]处基址高16 位的低8 位(位23-16)??dl。
"shll $16,%%edx\n\t" \ // 基地址高16 位移到edx 中高16 位处。
"movw %1,%%dx" \ // 取[addr+2]处基址低16 位(位15-0)??dx。
:"=d" (__base) \ // 从而edx 中含有32 位的段基地址。
:"m" (*((addr) + 2)), "m" (*((addr) + 4)), "m" (*((addr) + 7)));
__base;
})
// 取局部描述符表中ldt 所指段描述符中的基地址。
#define get_base(ldt) _get_base( ((char *)&(ldt)) )
// 取段选择符segment 的段长值。
// %0 - 存放段长值(字节数)；%1 - 段选择符segment。
#define get_limit(segment) ({ \
unsigned long __limit; \
__asm__( "lsll %1,%0\n\tincl %0": "=r" (__limit): "r" (segment)); \
__limit;})
#endif
*****************************************************************************************************
在linux 中每一个进程都由task_struct 数据结构来定义. task_struct就是我们通常所说的PCB.她是对进程控制的唯一手段也是最有效的手段. 当我们调用fork() 时, 系统会为我们产生一个task_struct结构。然后从父进程,那里继承一些数据, 并把新的进程插入到进程树中, 以待进行进程管理。因此了解task_struct的结构对于我们理解任务调度(在linux 中任务和进程是同一概念)的关键。
1、进程状态 ,将纪录进程在等待,运行,或死锁
2、调度信息, 由哪个调度函数调度,怎样调度等
3、进程的通讯状况
4、因为要插入进程树,必须有联系父子兄弟的指针, 当然是task_struct型
5、时间信息, 比如计算好执行的时间, 以便cpu 分配
6、标号 ,决定改进程归属
7、可以读写打开的一些文件信息
8、 进程上下文和内核上下文
9、处理器上下文
10、内存信息
因为每一个PCB都是这样的, 只有这些结构, 才能满足一个进程的所有要求。打开/include/linux/sched.h可以找到task_struct 的定义
struct task_struct {
volatile long state;
unsigned long flags;
int sigpending;
mm_segment_t addr_limit; //进程地址空间,区分内核进程与普通进程在内存存放的位置不同
for user-thead
//调度标志,表示该进程是否需要重新调度,若非0,则当从内核态返回到用户态,会发生调度
volatile long need_resched;
int lock_depth;
long nice;
//进程的调度策略,有三种,实时进程:SCHED_FIFO,SCHED_RR, 分时进程:SCHED_OTHER
unsigned long policy;
struct mm_struct *mm;
int processor;
//若进程不在任何CPU上运行, cpus_runnable 的值是0，否则是1 这个值在运行队列被锁时更新
unsigned long cpus_runnable, cpus_allowed;
struct list_head run_list; //指向运行队列的指针
unsigned long sleep_time;
//用于将系统中所有的进程连成一个双向循环链表, 其根是init_task
struct task_struct *next_task, *prev_task;
struct mm_struct *active_mm;
struct list_head local_pages;
unsigned int allocation_order, nr_local_pages;
struct linux_binfmt *binfmt;
int exit_code, exit_signal;
int pdeath_signal;
unsigned long personality;
//Linux可以运行由其他UNIX操作系统生成的符合iBCS2标准的程序
int did_exec:1;
pid_t pid;
pid_t pgrp;
pid_t tty_old_pgrp;
pid_t session;
pid_t tgid;
int leader;
struct task_struct *p_opptr,*p_pptr,*p_cptr,*p_ysptr,*p_osptr;
struct list_head thread_group;
struct task_struct *pidhash_next;
struct task_struct **pidhash_pprev;
wait_queue_head_t wait_chldexit;
struct completion *vfork_done;
unsigned long rt_priority; //实时优先级，用它计算实时进程调度时的weight值
//it_real_value，it_real_incr用于REAL定时器，单位为jiffies, 系统根据it_real_value
//设置定时器的第一个终止时间. 在定时器到期时，向进程发送SIGALRM信号，同时根据
//it_real_incr重置终止时间，it_prof_value，it_prof_incr用于Profile定时器，单位为jiffies。
//当进程运行时，不管在何种状态下，每个tick都使it_prof_value值减一，当减到0时，向进程发送
//信号SIGPROF，并根据it_prof_incr重置时间.
//it_virt_value，it_virt_value用于Virtual定时器，单位为jiffies。当进程运行时，不管在何种
//状态下，每个tick都使it_virt_value值减一当减到0时，向进程发送信号SIGVTALRM，根据
//it_virt_incr重置初值。
unsigned long it_real_value, it_prof_value, it_virt_value;
unsigned long it_real_incr, it_prof_incr, it_virt_value;
struct timer_list real_timer;
struct tms times;
unsigned long start_time;
//记录进程在每个CPU上所消耗的用户态时间和核心态时间
long per_cpu_utime[NR_CPUS], per_cpu_stime[NR_CPUS];
//内存缺页和交换信息:
//min_flt, maj_flt累计进程的次缺页数（Copy on Write页和匿名页）和主缺页数（从映射文件或交换
//设备读入的页面数）； nswap记录进程累计换出的页面数，即写到交换设备上的页面数。
//cmin_flt, cmaj_flt, cnswap记录本进程为祖先的所有子孙进程的累计次缺页数，主缺页数和换出页面数。
//在父进程回收终止的子进程时，父进程会将子进程的这些信息累计到自己结构的这些域中
unsigned long min_flt, maj_flt, nswap, cmin_flt, cmaj_flt, cnswap;
int swappable:1; //表示进程的虚拟地址空间是否允许换出
//进程认证信息
//uid,gid为运行该进程的用户的用户标识符和组标识符，通常是进程创建者的uid，gid
//euid，egid为有效uid,gid
//fsuid，fsgid为文件系统uid,gid，这两个ID号通常与有效uid,gid相等，在检查对于文件
//系统的访问权限时使用他们。
//suid，sgid为备份uid,gid
uid_t uid,euid,suid,fsuid;
gid_t gid,egid,sgid,fsgid;
int ngroups; //记录进程在多少个用户组中
gid_t groups[NGROUPS]; //记录进程所在的组
//进程的权能，分别是有效位集合，继承位集合，允许位集合
kernel_cap_t cap_effective, cap_inheritable, cap_permitted;
int keep_capabilities:1;
struct user_struct *user;
struct rlimit rlim[RLIM_NLIMITS];
unsigned short used_math;
char comm[16];
int link_count, total_link_count;
//NULL if no tty 进程所在的控制终端，如果不需要控制终端，则该指针为空
struct tty_struct *tty;
unsigned int locks;
//进程间通信信息
struct sem_undo *semundo;
struct sem_queue *semsleeping; //当进程因为信号灯操作而挂起时，他在该队列中记录等待的操作
//进程的CPU状态，切换时，要保存到停止进程的task_struct中
struct thread_struct thread;
struct fs_struct *fs;
struct files_struct *files;
spinlock_t sigmask_lock;
struct signal_struct *sig; //信号处理函数
sigset_t blocked;
struct sigpending pending;
unsigned long sas_ss_sp;
size_t sas_ss_size;
int (*notifier)(void *priv);
void *notifier_data;
sigset_t *notifier_mask;
u32 parent_exec_id;
u32 self_exec_id;
spinlock_t alloc_lock;
void *journal_info;
};