Linux内存管理和进程调度相关知识点

Linux内存管理机制：

1、             为解决以下几个问题：

  如何使进程的地址空间隔离；如何提高内存的使用效率；如何解决程序运行时的重定位问题。

2、             虚拟地址空间：0~3G为用户地址空间，3G-4G为内核内存空间，其中每个进程有单独的用户地址空间，内核内存空间为共享的。

   进程的用户地址空间包含：代码段、数据段，BSS段（未初始化的全局变量），堆区、栈区等。用户空间的虚拟地址和物理地址则采用了多级页表进行映射。

   物理地址空间：其中内核内存的3G+（0~896M）地址直接映射物理内存空间中（物理内存映射区域），其他地方被称为高端内存区（ZONE_HIGHEM）。

3、             Kmalloc：分配内核的内存，保证物理和虚拟地址均连续，释放用Kfree

4、             Vmalloc:  分配内核的内存，只保证虚拟地址连续。物理地址不一定连续。释放用vfree

5、             线程和进程的区别：进程是资源分配和管理的单位，线程是调度的基本单位，进程有独立的地址空间，拥有PCB，其中包含进程标识符（非负整数）、进程资源、进程调度信息、进程间通信相关资源、处理机状态（便于调度后恢复原状态）等，线程具有单独的堆栈和寄存器，保存自己允许的相关上下文，具有TCB。同一进程中的线程共享进程的一些资源，例如文件、信号量等。

 

Linux进程调度机制：

1、       进程分为：I/O消耗型和处理器消耗型，调度程序需要平衡两个目标：进程响应速度和系统利用率（吞吐量）。

2、       调度器以模块方式提供，允许不同类型的进程可以有针对性地选择调度算法。考虑进程优先级（nice值）和运行时间片。对于普通进程，采用动态优先级调度，对于实时进程，采用FIFO或时间片轮转（RR）调度策略。进程PCB中存在一个参数用来描述其调度策略和相关的优先级的值。实时进程始终比普通进程的优先级要高，能够抢占处理器。

3、       CFS的公平策略：假设现在系统有A，B，C三个进程，A.weight=1,B.weight=2,C.weight=3.那么我们可以计算出整个公平调度队列的总权重是cfs_rq.weight = 6，很自然的想法就是，公平就是你在重量中占的比重的多少来拍你的重要性，那么，A的重要性就是1/6,同理，B和C的重要性分别是2/6,3/6.很显然C最重要就应改被先调度，而且占用的资源也应该最多，即假设A，B,C运行一遍的总时间假设是6个时间单位的话，A占1个单位，B占2个单位，C占三个单位。

4、       时间记账（更新虚拟实时vruntime的值），选择进程（可运行队列采用rbtree来组织，选择最左边的叶子节点），使正运行的进程睡眠，并从可运行队列移出到等待队列中，等待指定的事件或相关信号唤醒。

5、       何种情况下会发生调度：

A：有进程执行完毕

B：等待I/O，阻塞后进入睡眠状态

C：执行完系统调用程序后返回用户进程