【8】Linux-进程管理子系统

Linux-进程管理

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：一个执行中的程序，是动态的实体

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，即PCB（process control block），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.有独立的用户空间



Linux的进程状态





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，但不可以由其他进程通过信号或中断唤醒，这就导致无法通过kill信号来kill进程。

4.TASK_KILLABLE

处于等待中的进程，待资源有效时唤醒，不可以由其他进程通过信号或中断唤醒（除了SIGKILL信号）。

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

PCB（process control block）

在内核源码（sched.h）中用task_struct表示，其中包含（只列出重要部分）了

pid_t pid; //进程号

long state； //进程状态

int prio; //进程优先级

进程调度

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

调度时机：

主动式：

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，会将自己的状态挂起，并主动请求调度，让出CPU。

被动式（抢占式调度）：

1.用户态抢占 2.内核态抢占

用户态抢占发生在：

1.从系统调用返回用户空间

2.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。

1.当某个进程耗尽它的时间片时，会设置need_resched标志

2.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。

缺点：进程/线程一旦运行到内核态，就可以一直执行下去，直到它主动放弃或者是时间片耗尽为止。这样会使得一些紧急的线程或进程长时间得不到运行，降低整个系统的实时性。

内核态抢占：

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进程/线程

发生在：

1.中断处理程序完成，返回内核空间之前

2.当内核代码进行解锁或者使能软中断的时候

不允许抢占的场合：

1.内核正在运行中断处理

2.进行软中断的时候（如进程时间片结束等）

3.进程正持有自旋锁、读写锁等。当持有这些锁时，不应该被抢占，否则由于抢占可能导致其他进程长期得不到锁，而让系统处于死锁状态。

4.内核正在执行调度程序Scheduler。因为执行调度程序本身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：

抢占式内核使用一个变量preempt_count，称为内核抢占计数，该变量被设置在thread_info结构中，每当内核进入上述不允许抢占的场合，变量preempt_count加1，表示内核不允许抢占，每当内核退出这几种状态，变量preempt_count就减1.

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

Tips:

1.进程所使用的地址空间是独立编址的，是独立的用户空间，进程间的切换需要设置新的运行环境，效率较低

2.一个进程内的多个线程使用的地址都是进程中的地址，有共享的用户空间，所以线程的切换无需设置新的运行环境，只需要切换各自的栈就可以了，效率高。