[国嵌攻略][107][Linux进程管理子系统]

进程与程序

1.程序：存放在磁盘上的一系列代码和数据的可执行映像，是一个静止的实体。

2.进程：是一个执行中的程序，它是一个动态的实体。

 

进程四要素

1.有一段程序供其执行。这段程序不一定是某个进程所专有，可以与其他进程共用。

2.有进程专用的内核空间堆栈。

3.在内核中有一个task_struct数据结构，也就是通常所说的进程控制块（PCB）。有了这个数据结构，进程才能成为内核调度的一个基本单位，接受内核的调度。

4.有独立的用户空间。

如果有独立的用户空间，那么是进程；如果没独立的用户空间，有共享的用户空间，那么是用户线性；如果没有独立的用户空间和共享的用户空间，那么是内核线程。

 

Linux进程状态

1.TASK_RUNNING

进程正在被CPU执行，或者已经准备就绪，随时可以执行。当一个进程刚被创建时，就处于TASK_RUNNING状态。

2.TASK_INTERRUPTIBLE

处于等待中的进程，等待的条件为真时被唤醒，也可以被信号(signal)或中断唤醒。

3.TASK_UNINTERRUPTIBLE

处于等待中的进程，等待资源有效时被唤醒，但不可以由其他进程通过信号(signal)或中断唤醒。

4.TASK_KILLABLE

Linux2.6.25新引入的进程睡眠状态，原理与TASK_UNINTERRUPTIBLE类似，但是可以被致命信号(SIGKILL)唤醒。

5.TASK_TRACED

正在被调试状态的进程。

6.TASK_DEAD

进程退出时（调用do_exit），所处的状态。

 

Linux进程描述

在Linux内核代码中，进程、线程都是使用task_struct(sched.h)结构来表示的，它包含了大量描述进程/线程的信息，其中比较重要的有进程号(pid_t pid)、进程状态(long state)、进程优先级(int prio)。

 

调度策略：

1.SCHED_NORMAL(SCHED_OTHER):普通的分时进程

2.SCHED_FIFO:先进先出的实时进程

3.SCHED_RR:时间片轮转的实时进程

4.SCHED_BATCH:批处理进程

5.SCHED_IDLE:只在系统空闲时才能够被调度执行的进程

 

调度时机

1.主动式调度

在内核中调用schedule()。当进程需要等待资源等原因而暂时停止运行时，会把自己的状态置于挂起（睡眠），并主动请求调度，让出CPU。

示例：

current->state = TASK_INTERRUPTIBLE;

schedule();

2.被动式调度

被动式调度又名抢占式调度。分为用户态抢占（linux2.4以上)和内核态抢占（linux2.6以上)。

 

用户态抢占

用户抢占发生在：

从系统调用返回用户空间。

从中断处理程序返回用户空间。

内核即将返回用户空间的时候，如果need_resched标志被设置，会导致schedule()被调用，即发生用户抢占。

当某个进程耗尽它的时间片时，会设置need_resched标志

当一个优先级更高的进程进入可执行状态的时候，也会设置need_resched标志。

 

内核态抢占

1.用户态抢占的缺陷

进程/线程一旦运行到内核态，就可以一直执行，直到它主动放弃或时间片耗尽为止。这样会导致一些非常紧急的进程或线程将长时间得不到运行，降低整个系统的实时性。

2.改进方式

允许系统在内核态也支持抢占，更高优先级的进程/线程可以抢占正在内核态运行的低优先级的进程/线程。

3.内核抢占可能发生的时机

当中断处理程序完成，返回内核空间前。

当内核代码再一次具有可抢占性的时候，如解锁及使能软中断等。

4.不允许内核抢占的时机

内核正在运行中断程序。

内核正在进行中断上下文的bottom half（中断的底半部）处理。硬件中断返回前会被执行软中断，此时仍然处于中断上下文中。

进程正持有spinlock自旋锁、writelock/readlock读写锁等，当持有这些锁时，不应被抢占，否则由于抢占可能导致其他进程长期得不到解锁，而让系统处于死锁状态。

内核正在执行调度程序scheduler。抢占的原因就是为了进行新的调度，没有理由将调度程序抢占掉再运行调度程序。

 

抢占计数

为了保证Linux内核在以上情况下不会被抢占，抢占式内核使用了一个变量preempt_count，称为内核抢占计数。这一变量被设置在进程的thread_info结构中。每当内核要进入以上几种状态时，变量preempt_count就加1，指示内核不允许抢占。每当内核从以上几种状态退出时，变量preempt_count就减1，同时进行可抢占的判断与调度。

 

调度步骤

schedule函数工作流程

1.清理当前运行中的进程。

2.选择下一个要运行的进程。

3.设置新进程的运行环境。

4.进程上下文切换。