进程管理与调度

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《深入Linux内核架构》进程管理与调度相关笔记

进程管理相关的系统调用

  • 命令空间层次化机制，pid类型创建与管理等

  • fork, vfork, clone系统调用
  • 写时复制COW技术，父子进程共享物理内存页，标记页表，要写一页就复制一页
  • NPTL（Native POSIX Threads Library），用户空间线程库，尽管内核提供线程机制，但是用户空间需要线程库才能使用
  • 大部分工作由体系无关函数do_fork实现
  • thread_info和task_struct的关系，前者一般占两个内存页，包含内核栈以及体系结构特定的线程相关信息
  • sys_futex()，快速的用户空间互斥量；
  • 内核线程，内核函数以进程的方式并行运行；kernel_thread函数；内核线程不可修改用户空间部分内容（随机的用户空间进程内容）；为强调用户空间部分不能问，mm设置为空指针。但由于内核必须知道用户空间当前包含了什么，所以在active_mm中保存了指向mm_struct的一个指针来描述它
  • execve系统调用启动新程序；可执行程序格式，ELF格式；
  • exit系统调用终止进程；编译器在main函数末尾自动添加该调用；资源释放；

调度器的实现

  • 调度策略，上下文切换；
  • 红黑树可运行队列；虚拟时间与实时时间；
  • 调度器类sched_class实现不同的调度策略；就绪队列run queue，每个CPU都有一个，一个进程只在一个rq上；
  • 调度实体sched_entity；
  • 实时互斥量问题RT-Mutex；
  • 惰性TLB；
  • 上下文切换的复杂，需要三个参数传递两个变量，因为上下文切换涉及三个进程；
  • 惰性FPU模式，内核不使用的寄存器如浮点寄存器，不会保存和恢复除非有使用；

完全公平调度类

  • 虚拟时钟的模拟；越重要的进程会有越高的优先级，更大的权重，累加的虚拟运行时间更小；
  • 在运行队列红黑树中，虚拟时钟总是增加，活动进程总是向右移动，越重要的移动越慢，因此总是倾向于保持在队列前面；睡眠进程虚拟时钟保持不变，而队列最小虚拟时钟总是单调递增，睡眠进程醒来后在红黑树中的位置更靠左（键值计算方式为虚拟时钟减去队列最小虚拟时钟），被调度的机会也变大；
  • 延迟跟踪，调度延迟，即保证每个可运行进程都至少运行一次的某个时间间隔；
  • 抢占进程，确保被强占进程执行一定的时间，不至于切换频繁；

实时调度类

  • 循环进程、先进先出进程；

调度器增强

  • SMP调度，负载均衡，亲和性，进程迁移，
  • 调度域和控制组（cgoups)；
  • 内核抢占和低延迟相关工作；不仅用户空间应用程序可被中断，内核也会被中断；thread_info中的抢占计数器来防止两个处理器在同一个临界区工作；内核代码检查长时间运行的函数，并在适当之处插入cond_resched调用；
  • TASK_KILLABLE状态，进程睡眠，但不响应非致命信号，可以被致命信号杀死；