淺析linux中的進(jìn)程和中斷

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1、一進(jìn)程和進(jìn)程調(diào)度1.進(jìn)程1.1什么是進(jìn)程正在執(zhí)行的程序代碼的實(shí)時(shí)結(jié)果，即處于執(zhí)行期的程序及相關(guān)資源。系統(tǒng)進(jìn)行資源分配和調(diào)度的基本單元Linux系統(tǒng)中的進(jìn)程：交互式進(jìn)程shell命令進(jìn)程、文本編輯器批處理進(jìn)程編譯實(shí)時(shí)進(jìn)程視頻應(yīng)用程序1.2Linux下的進(jìn)程結(jié)構(gòu)內(nèi)核將所有進(jìn)程存放在進(jìn)程鏈表，鏈表的每一項(xiàng)的類型為task_struct這個(gè)類型就稱為進(jìn)程描述符，一個(gè)進(jìn)程描述符包含了具體進(jìn)程的所有信息，包括進(jìn)程的狀態(tài)、進(jìn)程標(biāo)識(shí)值、進(jìn)程間的關(guān)系、打開的文件信息等1.進(jìn)程標(biāo)識(shí)內(nèi)核通過(guò)唯一的進(jìn)程標(biāo)識(shí)值PID來(lái)標(biāo)識(shí)每一個(gè)來(lái)標(biāo)志每一個(gè)進(jìn)程PID存放在進(jìn)程

2、描述符中g(shù)etpid()獲得當(dāng)前進(jìn)程的進(jìn)程號(hào)getppid()獲得當(dāng)前進(jìn)程的父進(jìn)程號(hào)2.進(jìn)程的狀態(tài)TASK_RUNNING運(yùn)行狀態(tài)（運(yùn)行就緒、正在運(yùn)行）TASK_INTERRUPTIBLE可中斷的阻塞狀態(tài)TASK_UNINTERRUPTIBLE不可中斷的阻塞狀態(tài)TASK_TRACED跟蹤狀態(tài)TASK_STOPPED暫停狀態(tài)設(shè)置當(dāng)前進(jìn)程的狀態(tài)：set_current_state(current,state);進(jìn)程家族樹：Linux系統(tǒng)的進(jìn)程之間存在繼承關(guān)系，所有的進(jìn)程都是PID為1的init進(jìn)程的后代，內(nèi)核在系統(tǒng)啟動(dòng)的最后階段啟動(dòng)ini

3、t進(jìn)程。1.3Linux下進(jìn)程的創(chuàng)建和終止1.創(chuàng)建fork()拷貝當(dāng)前進(jìn)程創(chuàng)建一個(gè)子進(jìn)程exec()讀取可執(zhí)行文件并將其載入地址空間開始運(yùn)行其中，fork()使用寫時(shí)復(fù)制技術(shù)，避免拷貝大量用不到的數(shù)據(jù)，使系統(tǒng)具有快速執(zhí)行能力2.終止do_exit()釋放與進(jìn)程相關(guān)的資源，進(jìn)程僵死不可運(yùn)行，處于退出狀態(tài)但仍保留了進(jìn)程描述符，此時(shí)進(jìn)程的存在只為父進(jìn)程能獲得它的信息wait()終止進(jìn)程，占用的所有資源被釋放1.4Linux下的進(jìn)程調(diào)度1.進(jìn)程的優(yōu)先級(jí)Linux采用兩種不同的優(yōu)先級(jí)范圍1)nice值-20~+19默認(rèn)值為0值越大優(yōu)先級(jí)越低2)

4、實(shí)時(shí)優(yōu)先級(jí)可配置0~99值越大優(yōu)先級(jí)越高內(nèi)核將進(jìn)程分為兩個(gè)級(jí)別:普通進(jìn)程和實(shí)時(shí)進(jìn)程，任何實(shí)時(shí)進(jìn)程的優(yōu)先級(jí)都高于普通進(jìn)程，實(shí)時(shí)優(yōu)先級(jí)和nice?優(yōu)先級(jí)處于互不相交的兩個(gè)范疇1.時(shí)間片進(jìn)程被搶占前持續(xù)運(yùn)行的時(shí)間時(shí)間片過(guò)長(zhǎng)系統(tǒng)對(duì)交互響應(yīng)表現(xiàn)欠佳時(shí)間片過(guò)短明顯增大進(jìn)程切換帶來(lái)的處理器耗時(shí)Linux的CFS調(diào)度器并沒(méi)有直接分配時(shí)間片到進(jìn)程，而是劃分了處理器的使用比，它還會(huì)受到nice值得影響2.Linux下的進(jìn)程調(diào)度Linux的調(diào)度器類主要實(shí)現(xiàn)兩類進(jìn)程調(diào)度算法：實(shí)時(shí)調(diào)度算法和完全公平調(diào)度算法(CFS)1）對(duì)實(shí)時(shí)進(jìn)程的調(diào)度按優(yōu)先級(jí)執(zhí)行，一般不會(huì)被

5、搶占。直到實(shí)時(shí)進(jìn)程執(zhí)行完，才會(huì)執(zhí)行普通進(jìn)程。如果有多個(gè)可執(zhí)行狀態(tài)的同優(yōu)先級(jí)的實(shí)時(shí)進(jìn)程，有兩種調(diào)度策略：a)SCHED_FIFO先進(jìn)先出b)SHED_RR輪轉(zhuǎn)調(diào)度內(nèi)核為實(shí)時(shí)進(jìn)程分配時(shí)間片2）完全公平調(diào)度算法Completely?Fair?SchedulerCFS完全公平調(diào)度針對(duì)普通進(jìn)程的調(diào)度類CFS基于一個(gè)簡(jiǎn)單的理念：所有任務(wù)都應(yīng)該公平的分配處理器。理想情況下，n個(gè)進(jìn)程的調(diào)度系統(tǒng)中，每個(gè)進(jìn)程獲得1/n處理器時(shí)間CFS使用vruntime變量記錄一個(gè)進(jìn)程運(yùn)行多長(zhǎng)時(shí)間以及還應(yīng)該再運(yùn)行多久，它是一個(gè)通過(guò)優(yōu)先級(jí)和系統(tǒng)負(fù)載等加權(quán)過(guò)的時(shí)間，nice

6、值在CFS中被作為進(jìn)程獲得的處理器運(yùn)行比的權(quán)重，越低的nice值（越高的優(yōu)先級(jí)）進(jìn)程獲得更多的處理器使用權(quán)重CFS在所有可運(yùn)行進(jìn)程總數(shù)基礎(chǔ)上計(jì)算出一個(gè)進(jìn)程應(yīng)該運(yùn)行多久可運(yùn)行進(jìn)程數(shù)量趨于無(wú)限時(shí)，處理器使用比趨于0，為此CFS引入了每個(gè)進(jìn)程時(shí)間片底線，稱為最小粒度，默認(rèn)為1msCFS就是通過(guò)追蹤這個(gè)vruntime來(lái)進(jìn)行任務(wù)調(diào)度，CFS選擇具有最小vruntime值的進(jìn)程作為下一個(gè)可執(zhí)行進(jìn)程，用紅黑樹來(lái)組織調(diào)度實(shí)體，而鍵值就是vruntime。在每個(gè)tick中斷的時(shí)候，會(huì)更新進(jìn)程的信息，并檢查這個(gè)紅黑樹，判斷某些進(jìn)程是不是要被替換掉。那么

7、CFS只要選擇最左葉子節(jié)點(diǎn)作為下一個(gè)可執(zhí)行進(jìn)程即可。實(shí)際上CFS緩存了最左葉子，可以直接選取left_most葉子_pick_next_entity()。二：中斷和中斷處理2.1什么是中斷硬件在需要的時(shí)候向內(nèi)核發(fā)出信號(hào)由于處理器的速度遠(yuǎn)大于外圍硬件設(shè)備的速度，內(nèi)核可以線處理其它事物，等到硬件真正完成請(qǐng)求再對(duì)該請(qǐng)求進(jìn)行處理2.2中斷處理的上半部和下半部為了讓中斷處理既運(yùn)行的快，又完成多工作量，中斷處理程序從概念上分為上半部分(tophalf)和下半部分(bottomhalf)，內(nèi)核把上半部和下半部分開處理。1.上半部——登記中斷中斷處理

8、程序收到一個(gè)中斷，它就立即開始執(zhí)行，但只做有嚴(yán)格時(shí)間限制的工作，如對(duì)中斷的應(yīng)答和拷貝數(shù)據(jù)等，應(yīng)該盡量減少上半部的工作量，此時(shí)完全屏蔽中斷，要求快速，否則其它中斷得不到處理1.下半部——可以推遲處理的部分執(zhí)行與中斷處理密切