鸿蒙内核源码分析(特殊进程篇)

三个进程

鸿蒙有三个特殊的进程,创建顺序如下:

  • 2号进程,KProcess,为内核态根进程.启动过程中创建.
  • 0号进程,KIdle为内核态第二个进程,它是通过KProcess fork 而来的.这有点难理解.
  • 1号进程,init,为用户态根进程.由任务SystemInit创建.

  • 发现没有在图中看不到0号进程,在看完本篇之后请想想为什么?

家族式管理

  • 进程(process)是家族式管理,总体分为两大家族,用户态家族和内核态家族.
  • 用户态的进程是平民阶层,屌丝矮矬穷,干着各行各业的活,权利有限,人数众多,活动范围有限(用户空间).有关单位肯定不能随便进出.这个阶层有个共同的老祖宗g_userInitProcess (1号进程).
    g_userInitProcess = 1; /* 1: The root process ID of the user-mode process is fixed at 1 *///用户态的根进程//获取用户态进程的根进程,所有用户进程都是g_processCBArray[g_userInitProcess] fork来的LITE_OS_SEC_TEXT UINT32 OsGetUserInitProcessID(VOID){return g_userInitProcess;}
  • 内核态的进程是贵族阶层,管理平民阶层的,维持平民生活秩序的,拥有超级权限,能访问整个空间和所有资源,人数不多.这个阶层老祖宗是 g_kernelInitProcess(2号进程).
    g_kernelInitProcess = 2; /* 2: The root process ID of the kernel-mode process is fixed at 2 *///内核态的根进程//获取内核态进程的根进程,所有内核进程都是g_processCBArray[g_kernelInitProcess] fork来的,包括g_processCBArray[g_kernelIdleProcess]进程LITE_OS_SEC_TEXT UINT32 OsGetKernelInitProcessID(VOID){return g_kernelInitProcess;}
  • 两位老祖宗都不是通过fork来的,而是内核强制规定进程ID号,强制写死基因创建的.
  • 这两个阶层可以相互流动吗,有没有可能通过高考改变命运? 答案是: 绝对冇可能!!! 龙生龙,凤生凤,老鼠生儿会打洞.从老祖宗创建的那一刻起就被刻在基因里了,抹不掉了. 因为后续所有的进程都是由这两位老同志克隆(clone)来的,没得商量的继承这份基因.LosProcessCB有专门的标签来processMode区分这两个阶层.整个鸿蒙内核源码并没有提供改变命运机会的set函数.
      #define OS_KERNEL_MODE 0x0U	//内核态#define OS_USER_MODE   0x1U	//用户态STATIC INLINE BOOL OsProcessIsUserMode(const LosProcessCB *processCB)//用户模式进程{return (processCB->processMode == OS_USER_MODE);}typedef struct ProcessCB {// ...UINT16               processMode;                  /**< Kernel Mode:0; User Mode:1; */	//0位内核态,1为用户态进程} LosProcessCB;    

2号进程 KProcess

2号进程为内核态的老祖宗,是内核创建的首个进程,源码过程如下,省略了不相干的代码.

bl     main  @带LR的子程序跳转, LR = pc - 4 ,执行C层main函数
/******************************************************************************
内核入口函数,由汇编调用,见于reset_vector_up.S 和 reset_vector_mp.S
up指单核CPU, mp指多核CPU bl        main
******************************************************************************/
LITE_OS_SEC_TEXT_INIT INT32 main(VOID)//由主CPU执行,默认0号CPU 为主CPU 
{// ... 省略uwRet = OsMain();// 内核各模块初始化
}
LITE_OS_SEC_TEXT_INIT INT32 OsMain(VOID)
{// ... ret = OsKernelInitProcess();// 创建内核态根进程// ...ret = OsSystemInit(); //中间创建了用户态根进程
}
//初始化 2号进程,即内核态进程的老祖宗
LITE_OS_SEC_TEXT_INIT UINT32 OsKernelInitProcess(VOID)
{LosProcessCB *processCB = NULL;UINT32 ret;ret = OsProcessInit();// 初始化进程模块全部变量,创建各循环双向链表if (ret != LOS_OK) {return ret;}processCB = OS_PCB_FROM_PID(g_kernelInitProcess);// 以PID方式得到一个进程ret = OsProcessCreateInit(processCB, OS_KERNEL_MODE, "KProcess", 0);// 初始化进程,最高优先级0,鸿蒙进程一共有32个优先级(0-31) 其中0-9级为内核进程,用户进程可配置的优先级有22个(10-31)if (ret != LOS_OK) {return ret;}processCB->processStatus &= ~OS_PROCESS_STATUS_INIT;// 进程初始化位 置1g_processGroup = processCB->group;//全局进程组指向了KProcess所在的进程组LOS_ListInit(&g_processGroup->groupList);// 进程组链表初始化OsCurrProcessSet(processCB);// 设置为当前进程return OsCreateIdleProcess();// 创建一个空闲状态的进程
}

解读

  • main函数在系列篇中会单独讲,请留意自行翻看,它是在开机之初在SVC模式下创建的.
  • 内核态老祖宗的名字叫 KProcess,优先级为最高 0 级,KProcess进程是长期活跃的,很多重要的任务都会跑在其之下.例如:
    • Swt_Task
    • oom_task
    • system_wq
    • tcpip_thread
    • SendToSer
    • SendToTelnet
    • eth_irq_task
    • TouchEventHandler
    • USB_GIANT_Task
      此处不细讲这些任务,在其他篇幅有介绍,但光看名字也能猜个八九,请自行翻看.
  • 紧接着KProcess 以CLONE_FILES的方式 fork了一个 名为KIdle的子进程(0号进程).
  • 内核态的所有进程都来自2号进程这位老同志,子子孙孙,代代相传,形成一颗家族树,和人类的传承所不同的是,它们往往是白发人送黑发人,子孙进程往往都是短命鬼,老祖宗最能活,子孙都死绝了它还在,有些收尸的工作要交给它干.

0 号进程 KIdle

0号进程是内核创建的第二个进程,在OsKernelInitProcess的末尾将KProcess设为当前进程后,紧接着就fork了0号进程.为什么一定要先设置当前进程,因为fork需要一个父进程,而此时系统处于启动阶段,并没有当前进程. 是的,您没有看错.进程是操作系统为方便管理资源而衍生出来的概念,系统并不是非要进程,任务才能运行的. 开机阶段就是啥都没有,默认跑在svc模式下,默认起始地址reset_vector都是由硬件上电后规定的. 进程,线程都是跑起来后慢慢赋予的意义.OsCurrProcessSet是从软件层面赋予了此为当前进程的这个概念.KProcess是内核设置的第一个当前进程.有了它,就可以fork, fork, fork !

//创建一个名叫"KIdle"的0号进程,给CPU空闲的时候使用
STATIC UINT32 OsCreateIdleProcess(VOID)
{UINT32 ret;CHAR *idleName = "Idle";LosProcessCB *idleProcess = NULL;Percpu *perCpu = OsPercpuGet();UINT32 *idleTaskID = &perCpu->idleTaskID;//得到CPU的idle taskret = OsCreateResourceFreeTask();// 创建一个资源回收任务,优先级为5 用于回收进程退出时的各种资源if (ret != LOS_OK) {return ret;}//创建一个名叫"KIdle"的进程,并创建一个idle task,CPU空闲的时候就待在 idle task中等待被唤醒ret = LOS_Fork(CLONE_FILES, "KIdle", (TSK_ENTRY_FUNC)OsIdleTask, LOSCFG_BASE_CORE_TSK_IDLE_STACK_SIZE);if (ret < 0) {//内核进程的fork并不会一次调用,返回两次,此子进程执行的开始位置是参数OsIdleTaskreturn LOS_NOK;}g_kernelIdleProcess = (UINT32)ret;//返回 0号进程idleProcess = OS_PCB_FROM_PID(g_kernelIdleProcess);//通过ID拿到进程实体*idleTaskID = idleProcess->threadGroupID;//绑定CPU的IdleTask,或者说改变CPU现有的idle任务OS_TCB_FROM_TID(*idleTaskID)->taskStatus |= OS_TASK_FLAG_SYSTEM_TASK;//设定Idle task 为一个系统任务
#if (LOSCFG_KERNEL_SMP == YES)OS_TCB_FROM_TID(*idleTaskID)->cpuAffiMask = CPUID_TO_AFFI_MASK(ArchCurrCpuid());//多核CPU的任务指定,防止乱串了,注意多核才会有并行处理
#endif(VOID)memset_s(OS_TCB_FROM_TID(*idleTaskID)->taskName, OS_TCB_NAME_LEN, 0, OS_TCB_NAME_LEN);//task 名字先清0(VOID)memcpy_s(OS_TCB_FROM_TID(*idleTaskID)->taskName, OS_TCB_NAME_LEN, idleName, strlen(idleName));//task 名字叫 idlereturn LOS_OK;
}

解读

  • 看过fork篇的可能发现了一个参数, KIdle被创建的方式和通过系统调用创建的方式不一样,一个用的是CLONE_FILES,一个是 CLONE_SIGHAND 具体的创建方式如下:
      #define CLONE_VM       0x00000100	//子进程与父进程运行于相同的内存空间#define CLONE_FS       0x00000200	//子进程与父进程共享相同的文件系统,包括root、当前目录、umask#define CLONE_FILES    0x00000400	//子进程与父进程共享相同的文件描述符(file descriptor)表#define CLONE_SIGHAND  0x00000800	//子进程与父进程共享相同的信号处理(signal handler)表#define CLONE_PTRACE   0x00002000	//若父进程被trace,子进程也被trace#define CLONE_VFORK    0x00004000	//父进程被挂起,直至子进程释放虚拟内存资源#define CLONE_PARENT   0x00008000	//创建的子进程的父进程是调用者的父进程,新进程与创建它的进程成了“兄弟”而不是“父子”#define CLONE_THREAD   0x00010000	//Linux 2.4中增加以支持POSIX线程标准,子进程与父进程共享相同的线程群
  • KIdle创建了一个名为Idle的任务,任务的入口函数为OsIdleTask,这是个空闲任务,啥也不干的.专门用来给cpu休息的,cpu空闲时就待在这个任务里等活干.
      LITE_OS_SEC_TEXT WEAK VOID OsIdleTask(VOID){while (1) {//只有一个死循环#ifdef LOSCFG_KERNEL_TICKLESS //低功耗模式开关, idle task 中关闭tickif (OsTickIrqFlagGet()) {OsTickIrqFlagSet(0);OsTicklessStart();}#endifWfi();//WFI指令:arm core 立即进入low-power standby state,进入休眠模式,等待中断.}}
  • fork 内核态进程和fork用户态进程有个地方会不一样,就是SP寄存器的值.fork用户态的进程一次调用两次返回(父子进程各一次),返回的位置一样(是因为拷贝了父进程陷入内核时的上下文).所以可以通过返回值来判断是父还是子返回.这个在fork篇中有详细的描述.请自行翻看. 但fork内核态进程虽也有两次返回,但是返回的位置却不一样,子进程的返回位置是由内核指定的,例如:Idle任务的入口函数为OsIdleTask.详见代码:
    //任务初始化时拷贝任务信息STATIC VOID OsInitCopyTaskParam(LosProcessCB *childProcessCB, const CHAR *name, UINTPTR entry, UINT32 size,TSK_INIT_PARAM_S *childPara){LosTaskCB *mainThread = NULL;UINT32 intSave;SCHEDULER_LOCK(intSave);mainThread = OsCurrTaskGet();//获取当前task,注意变量名从这里也可以看出 thread 和 task 是一个概念,只是内核常说task,上层应用说thread ,概念的映射.if (OsProcessIsUserMode(childProcessCB)) {//用户态进程childPara->pfnTaskEntry = mainThread->taskEntry;//拷贝当前任务入口地址childPara->uwStackSize = mainThread->stackSize;	//栈空间大小childPara->userParam.userArea = mainThread->userArea;		//用户态栈区栈顶位置childPara->userParam.userMapBase = mainThread->userMapBase;	//用户态栈底childPara->userParam.userMapSize = mainThread->userMapSize;	//用户态栈大小} else {//注意内核态进程创建任务的入口由外界指定,例如 OsCreateIdleProcess 指定了OsIdleTaskchildPara->pfnTaskEntry = (TSK_ENTRY_FUNC)entry;//参数(sp)为内核态入口地址childPara->uwStackSize = size;//参数(size)为内核态栈大小}childPara->pcName = (CHAR *)name;					//拷贝进程名字childPara->policy = mainThread->policy;				//拷贝调度模式childPara->usTaskPrio = mainThread->priority;		//拷贝优先级childPara->processID = childProcessCB->processID;	//拷贝进程IDif (mainThread->taskStatus & OS_TASK_FLAG_PTHREAD_JOIN) {childPara->uwResved = OS_TASK_FLAG_PTHREAD_JOIN;} else if (mainThread->taskStatus & OS_TASK_FLAG_DETACHED) {childPara->uwResved = OS_TASK_FLAG_DETACHED;}SCHEDULER_UNLOCK(intSave);}
  • 结论是创建0号进程中的OsCreateIdleProcess调用LOS_Fork后只会有一次返回.而且返回值为0,因为 g_freeProcess中0号进程还没有被分配.详见代码,注意看最后的注释:
    //进程模块初始化,被编译放在代码段 .init 中LITE_OS_SEC_TEXT_INIT UINT32 OsProcessInit(VOID){UINT32 index;UINT32 size;g_processMaxNum = LOSCFG_BASE_CORE_PROCESS_LIMIT;//默认支持64个进程size = g_processMaxNum * sizeof(LosProcessCB);//算出总大小g_processCBArray = (LosProcessCB *)LOS_MemAlloc(m_aucSysMem1, size);// 进程池,占用内核堆,内存池分配 if (g_processCBArray == NULL) {return LOS_NOK;}(VOID)memset_s(g_processCBArray, size, 0, size);//安全方式重置清0LOS_ListInit(&g_freeProcess);//进程空闲链表初始化,创建一个进程时从g_freeProcess中申请一个进程描述符使用LOS_ListInit(&g_processRecyleList);//进程回收链表初始化,回收完成后进入g_freeProcess等待再次被申请使用for (index = 0; index < g_processMaxNum; index++) {//进程池循环创建g_processCBArray[index].processID = index;//进程ID[0-g_processMaxNum-1]赋值g_processCBArray[index].processStatus = OS_PROCESS_FLAG_UNUSED;// 默认都是白纸一张,贴上未使用标签LOS_ListTailInsert(&g_freeProcess, &g_processCBArray[index].pendList);//注意g_freeProcess挂的是pendList节点,所以使用要通过OS_PCB_FROM_PENDLIST找到进程实体.}g_userInitProcess = 1; /* 1: The root process ID of the user-mode process is fixed at 1 *///用户态的根进程LOS_ListDelete(&g_processCBArray[g_userInitProcess].pendList);// 将1号进程从空闲链表上摘出去g_kernelInitProcess = 2; /* 2: The root process ID of the kernel-mode process is fixed at 2 *///内核态的根进程LOS_ListDelete(&g_processCBArray[g_kernelInitProcess].pendList);// 将2号进程从空闲链表上摘出去//注意:这波骚操作之后,g_freeProcess链表上还有,0,3,4,...g_processMaxNum-1号进程.创建进程是从g_freeProcess上申请//即下次申请到的将是0号进程,而 OsCreateIdleProcess 将占有0号进程.return LOS_OK;}

1号进程 init

1号进程为用户态的老祖宗.创建过程如下, 省略了不相干的代码.

LITE_OS_SEC_TEXT_INIT INT32 OsMain(VOID)
{// ... ret = OsKernelInitProcess();// 创建内核态根进程// ...ret = OsSystemInit(); //中间创建了用户态根进程
}
UINT32 OsSystemInit(VOID)
{//..ret = OsSystemInitTaskCreate();//创建了一个系统任务,
}STATIC UINT32 OsSystemInitTaskCreate(VOID)
{UINT32 taskID;TSK_INIT_PARAM_S sysTask;(VOID)memset_s(&sysTask, sizeof(TSK_INIT_PARAM_S), 0, sizeof(TSK_INIT_PARAM_S));sysTask.pfnTaskEntry = (TSK_ENTRY_FUNC)SystemInit;//任务的入口函数,这个函数实现由外部提供sysTask.uwStackSize = LOSCFG_BASE_CORE_TSK_DEFAULT_STACK_SIZE;//16KsysTask.pcName = "SystemInit";//任务的名称sysTask.usTaskPrio = LOSCFG_BASE_CORE_TSK_DEFAULT_PRIO;// 内核默认优先级为10 sysTask.uwResved = LOS_TASK_STATUS_DETACHED;//任务分离模式
#if (LOSCFG_KERNEL_SMP == YES)sysTask.usCpuAffiMask = CPUID_TO_AFFI_MASK(ArchCurrCpuid());//cpu 亲和性设置,记录执行过任务的CPU,尽量确保由同一个CPU完成任务周期
#endifreturn LOS_TaskCreate(&taskID, &sysTask);//创建任务并加入就绪队列,并立即参与调度
}
//SystemInit的实现由由外部提供 比如..\vendor\hi3516dv300\module_init\src\system_init.c
void SystemInit(void)
{// ...if (OsUserInitProcess()) {//创建用户态进程的老祖宗PRINT_ERR("Create user init process faialed!\n");return;}
}
//用户态根进程的创建过程
LITE_OS_SEC_TEXT_INIT UINT32 OsUserInitProcess(VOID)
{INT32 ret;UINT32 size;TSK_INIT_PARAM_S param = { 0 };VOID *stack = NULL;VOID *userText = NULL;CHAR *userInitTextStart = (CHAR *)&__user_init_entry;//代码区开始位置 ,对应 LITE_USER_SEC_ENTRYCHAR *userInitBssStart = (CHAR *)&__user_init_bss;// 未初始化数据区(BSS)。在运行时改变其值 对应 LITE_USER_SEC_BSSCHAR *userInitEnd = (CHAR *)&__user_init_end;// 结束地址UINT32 initBssSize = userInitEnd - userInitBssStart;UINT32 initSize = userInitEnd - userInitTextStart;LosProcessCB *processCB = OS_PCB_FROM_PID(g_userInitProcess);//"Init进程的优先级是 28"ret = OsProcessCreateInit(processCB, OS_USER_MODE, "Init", OS_PROCESS_USERINIT_PRIORITY);// 初始化用户进程,它将是所有应用程序的父进程if (ret != LOS_OK) {return ret;}userText = LOS_PhysPagesAllocContiguous(initSize >> PAGE_SHIFT);// 分配连续的物理页if (userText == NULL) {ret = LOS_NOK;goto ERROR;}(VOID)memcpy_s(userText, initSize, (VOID *)&__user_init_load_addr, initSize);// 安全copy 经加载器load的结果 __user_init_load_addr -> userTextret = LOS_VaddrToPaddrMmap(processCB->vmSpace, (VADDR_T)(UINTPTR)userInitTextStart, LOS_PaddrQuery(userText),initSize, VM_MAP_REGION_FLAG_PERM_READ | VM_MAP_REGION_FLAG_PERM_WRITE |VM_MAP_REGION_FLAG_PERM_EXECUTE | VM_MAP_REGION_FLAG_PERM_USER);// 虚拟地址与物理地址的映射if (ret < 0) {goto ERROR;}(VOID)memset_s((VOID *)((UINTPTR)userText + userInitBssStart - userInitTextStart), initBssSize, 0, initBssSize);// 除了代码段,其余都清0stack = OsUserInitStackAlloc(g_userInitProcess, &size);//分配任务在用户态下的运行栈,大小为1Mif (stack == NULL) {PRINTK("user init process malloc user stack failed!\n");ret = LOS_NOK;goto ERROR;}param.pfnTaskEntry = (TSK_ENTRY_FUNC)userInitTextStart;// 从代码区开始执行,也就是应用程序main 函数的位置param.userParam.userSP = (UINTPTR)stack + size;// 用户态栈底param.userParam.userMapBase = (UINTPTR)stack;// 用户态栈顶param.userParam.userMapSize = size;// 用户态栈大小param.uwResved = OS_TASK_FLAG_PTHREAD_JOIN;// 可结合的(joinable)能够被其他线程收回其资源和杀死ret = OsUserInitProcessStart(g_userInitProcess, &param);// 创建一个任务,来运行main函数if (ret != LOS_OK) {(VOID)OsUnMMap(processCB->vmSpace, param.userParam.userMapBase, param.userParam.userMapSize);goto ERROR;}return LOS_OK;ERROR:(VOID)LOS_PhysPagesFreeContiguous(userText, initSize >> PAGE_SHIFT);//释放物理内存块OsDeInitPCB(processCB);//删除PCB块return ret;
}

解读

  • 从代码中可以看出用户态的老祖宗创建过程有点意思,首先它的源头和内核态老祖宗一样都在OsMain.
  • 通过创建一个分离模式,优先级为10的系统任务 SystemInit,来完成.任务的入口函数 SystemInit()的实现由平台集成商来指定. 本篇采用了hi3516dv300的实现.也就是说用户态祖宗的创建是在 sysTask.uwStackSize = LOSCFG_BASE_CORE_TSK_DEFAULT_STACK_SIZE;//16K 栈中完成的.这个任务归属于内核进程KProcess.
  • 用户态老祖宗的名字叫 Init,优先级为28级.
  • 用户态的每个进程有独立的虚拟进程空间vmSpace,拥有独立的内存映射表(L1,L2表),申请的内存需要重新映射,映射过程在内存系列篇中有详细的说明.
  • init创建了一个任务,任务的入口地址为 __user_init_entry,由编译器指定.
  • 用户态进程是指应有程序运行的进程,通过动态加载ELF文件的方式启动.具体加载流程系列篇有讲解,不细说.用户态进程运行在用户空间,但通过系统调用可陷入内核空间.具体看这张图:

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《鸿蒙 (Harmony OS)开发学习手册》(共计892页)

如何快速入门?

1.基本概念
2.构建第一个ArkTS应用
3.……

开发基础知识:gitee.com/MNxiaona/733GH

1.应用基础知识
2.配置文件
3.应用数据管理
4.应用安全管理
5.应用隐私保护
6.三方应用调用管控机制
7.资源分类与访问
8.学习ArkTS语言
9.……

基于ArkTS 开发

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5.媒体
6.安全
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13.DFX
14.国际化开发
15.折叠屏系列
16.……

鸿蒙开发面试真题(含参考答案):gitee.com/MNxiaona/733GH

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opencv安装有两种方式&#xff1a; 1.使用包管理器安装预编译版本&#xff08;安装十分简单&#xff0c;但是版本只有4.2.0&#xff0c;且没有扩展模块且不支持Qt窗口&#xff09; 2.从源码安装&#xff08;比较复杂&#xff0c;但是推荐&#xff09; 1.安装预编译版本 sud…

一文搞懂前端跨页面通信的那些方案们

前端开发逃避不开跨页面通信这项工作&#xff0c;跨页面通信&#xff0c;就好比A页面要和B页面说话&#xff0c;可能只是说一句话&#xff0c;不需要回话&#xff0c;可能是要给一些东西&#xff0c;希望得到回复&#xff0c;并频繁进行沟通&#xff0c;接下来我们说说这些跨页…

『MySQL 实战 45 讲』20 - 幻读是什么,幻读有什么问题?

幻读是什么&#xff0c;幻读有什么问题&#xff1f; 需求&#xff1a;创建一个小表 CREATE TABLE t (id int(11) NOT NULL,c int(11) DEFAULT NULL,d int(11) DEFAULT NULL,PRIMARY KEY (id),KEY c (c) ) ENGINEInnoDB;insert into t values(0,0,0),(5,5,5), (10,10,10),(15,…