Linux 进程管理子系统

一。进程管理子系统

　　1.进程要素

　　　（1）. 程序与进程

　　　　　　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

　　　　　　进程：是一个执行中的程序，他是一个动态的实体。

　　　（2）. 进程4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，即通常所说的“进程控制块”。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.

　　　　

　　　（3）. 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，待等待条件为真时被唤醒，也可以被信号或者中断唤醒。

　　　　　　3. TASK_UNINTERRUPTIBLE

　　　　　　　　处于等待中的进程，待资源有效时唤醒，但不可以由其它进程通过信号(signal)或中断唤醒

　　　　　　4. TASK_KILLABLE 、

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

　　　　　　5. TASK_TRACED

　　　　　　　　正处于被调试状态的进程

　　　　　　6. TASK_DEAD

　　　　　　　  进程退出时(调用do_exit)，所处的状态

　　　（4）. 进程描述结构

　　　　　　在Linux内核代码中，线程、进程都使用结构task_struct(sched.h)来表示，

　　　　　　它包含了大量描述进程/线程的信息，其中比较重要的有：

　　　　　　　　*pid_t pid; //进程号

　　　　　　　　*long state; //进程状态

　　　　　　　　*int prio; //进程优先级

　　2.进程调度

　　　（1）. 调度策略

　　　　　　*SCHED_NORMAL(SCHED_OTHER):普通的分时进程

　　　　　　*SCHED_FIFO :先入先出的实时进程

　　　　　　*SCHED_RR：时间片轮转的实时进程

　　　　　　*SCHED_BATCH:批处理进程

　　　　　　*SCHED_IDLE: 只在系统空闲时才能够被调度执行的进程

　　　（2）. 调度时机

　　　　　主动调度：

　　　　　　在内核中直接调用schedule()。

　　　　　　当进程需要等待资源等而暂时停止运行时，会把自己的状态置于挂起（睡眠），并主动请求调度，让出CPU。

　　　　　　范例:

　　　　　　    1.current->state = TASK_INTERRUPTIBLE;

　　　　　　　 2.schedule();

　　　　   被动调度：

　　　　　　被动式调度又名：抢占式调度。分为：用户态抢占(Linux2.4、Linux2.6)和内核态抢占(Linux2.6)

　　　　　　　   1.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v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。

　　　　　　　　　2.内核抢占可能发生在：

　　　　　　　　　　#中断处理程序完成，返回内核空间之前。

　　　　　　　　　　#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

　　　　　　　　　3.在支持内核抢占的系统中，某些特例下是不允许抢占的：

　　　　　　　　　　#内核正在运行中断处理。

　　　　　　　　　　#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，不应该被抢占，否则由于抢占将可能导致其他进程长期得不到锁，

　　　　　　　　　　　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。

　　　　　　　　　4.抢占计数

　　　　　　　　　　为保证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。

　　　（3）. 调度步骤

　　　　　　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。