进程创建与退出的原理
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一、task_struct的创建与链接
二、内核处理进程退出的主要步骤
在所有的操作系统中，都遵循着一个“先描述，后管理”的原则。所谓描述就是把一个抽象的状态（如硬件资源、运行状态等）用一个结构体来表示，以后只要状态发生了改变就必须先修改这个结构体中对应的成员；而管理则是说有着许许多多的硬件状态，不能孤立的存在而应该放在一个统一的容器中存放，想要查询、修改哪一个硬件只需要到这个“档案室”中找到其结构体，并进行修改。
本篇文章我们只讨论进程的描述结构体，即进程控制块（Process Control Block），在不同的操作系统中PCB有着不同的叫法，而在Linux中我们称之为task_struct。
一、task_struct的创建与链接
既然我们说所有的东西都要先描述再管理，那么进程也不例外。当使用fork函数创建一个进程的时候，操作系统内核首先就会创建一个task_struct结构体。这个结构体由于需要操作系统管理，则必定是在内核空间中的。即全局的进程链表。
当task_struct已经被链入到内核的全局链表中了，则会开始填充骨肉。
最后会把该task_struct链入运行队列中，让调度器能够管理其运行。
二、内核处理进程退出的主要步骤
进程退出通常分为正常退出（进程本身通过return或exit函数退出）和异常退出（运行时收到了外部的终止信号、或运行错误）
- （1）释放资源：
- 内存资源：进程占用的用户空间内存（包括堆、栈、数据段等 ）会被释放。内核会根据进程
task_struct中记录的内存描述符（mm_struct）信息，回收分配给该进程的虚拟内存区域和对应的物理内存页框。如果存在共享内存，会检查引用计数，当引用计数为 0 时，释放共享内存资源。- 文件描述符：关闭进程打开的所有文件描述符。内核会遍历进程
task_struct中的文件描述符表，调用相应的文件系统操作来关闭文件，释放相关的文件资源，如文件锁、缓存等 。- 其他资源：例如进程创建的管道、信号量、消息队列等进程间通信资源，也会根据情况进行释放或清理。
- （2）更新父进程信息：子进程需要向父进程报告自己的退出状态。如果父进程调用了
wait或waitpid函数等待子进程结束，那么父进程会获取子进程的退出状态。同时，内核会在父进程的task_struct中更新子进程的相关信息，比如从父进程记录子进程的链表中移除该子进程节点 。- （3）从运行队列移除：如果进程在退出前处于运行队列（就绪态 ），内核会将其
task_struct从运行队列中移除。以 Linux 内核的 CFS（完全公平调度器 ）为例，会操作运行队列对应的红黑树，将代表该进程的调度实体（sched_entity，在task_struct中 ）从红黑树中删除，这样调度器就不会再调度该进程运行。- （4）从等待队列移除：若进程处于阻塞态，在等待某个事件（如 I/O 操作完成、信号量获取等 ），它会在相应的等待队列中。内核会找到该进程所在的等待队列，将其
task_struct从队列中移除，避免后续该进程被错误唤醒。- （5）从全局进程链表移除：Linux 内核使用双向循环链表管理所有进程，以
init_task作为链表头。当进程退出时，会将其task_struct中的tasks节点（用于连接到全局进程链表的节点 ）从链表中摘除，具体操作是修改前后节点的next和prev指针，使链表中不再包含该进程的task_struct。- （6）处理僵尸状态（Zombie State）：如果父进程没有调用
wait或waitpid来获取子进程的退出状态，子进程会进入僵尸状态，此时子进程的task_struct不会立即被释放，而是会保留在内存中，等待父进程获取其退出状态。不过，即使处于僵尸态，它也已经从运行队列、等待队列等功能性队列中移除，只是还在全局进程链表中，直到父进程调用wait系列函数后，内核才会彻底释放该task_struct占用的内存。
值得注意的是：当一个进程退出后，会被标记为僵尸状态，且从运行队列、阻塞队列中移除。但是并未移出全局进程链表以及父进程的子进程链表，只有当父进程使用wait或waitpid后才会在子进程链表中找到该pcb，获取退出信息后才销毁。
