进程管理和调度

1 进程优先级

进程类型

硬实时进程，Linux主流不支持
软实时进程
普通进程，可分配优先级

抢占式多任务处理；CFS，调度实体，

2 进程生命周期

进程状态

运行
等待
睡眠

进程表，僵尸进程（资源已释放，但进程表项还存在）；

抢占式多任务处理：

普通进程总是可能被抢占
内核态系统调用无法被其他进程抢占，但中断可以中止系统调用
中断可以暂停用户态和内核态进程，具有最高优先级

内核2.5后内核抢占支持内核系统调用被其他进程抢占；

3 进程表示

struct task_struct结构

状态和执行信息
虚拟内存信息
进程身份凭据
文件和文件系统信息
进程特定于CPU的运行数据线程信息
进程间通信有关信息
信号处理程序

state进程当前状态

TASK_RUNNING
TASK_INTERRUPTIBLE
TASK_UNINTERRUPTIBLE
TASK_STOPPED
TASK_TRACED
EXIT_ZOMBIE, EXIT_DEAD

资源限制rlimit

3.1 进程类型

fork
exec
clone，用于实现线程

3.2 命名空间

概念：虚拟化，容器，建立系统不同的视图，chroot机制，
- fork或clone时可选择命名空间选项
- unshare系统调用
实现：uts、ipc、mnt、pid、user、net等命名空间，struct nsproxy；
进程ID号：全局ID、局部ID；pid,upid,pid_namespace等之间的关系：
- upid: (number, pid_namespace)
- pid_namespace: number->pid
- pid: (level, upid, …) pid->task_struct->pid
- 会为pid的每个命名空间分配一个局部PID,使用idr(radix_tree)数据结构；
进程关系：使用链表和指针表示；

4 进程管理相关系统调用

4.1 进程复制

fork，COW写时复制
vfork，父子进程共享数据
clone，产生线程，对父子进程之间的共享、复制进行精确控制

kernel_clone->copy_process

4.2 内核线程

4.3 启动新程序

execve系统调用，二进制格式，

4.4 退出进程

exit系统调用，

5 调度器的实现

5.1 概观

CFS；进程等待时间红黑树排序；虚拟时钟；进程优先级Nice值；

进程有不同优先级需要考虑
进程不能切换太频繁，多媒体系统延迟；

5.2 数据结构

调度类（实现调度策略，策略模式）
任务切换（CPU相关）

task_struct的相关成员

sched_class调度器类（提供一堆回调函数）

就绪队列，各个活动进程只出现在一个就绪队列中：

struct rq，嵌入各种子就绪队列（cfs_rq，rt_rq，dl_rq）
每个CPU包含一个就绪队列，per-cpu数据

调度实体，sched_entity类，进程是可调度实体，但可调度实体更为广义；

5.3 处理优先级

优先级的内核表示：实时优先级、普通优先级（Nice值）
计算优先级：综合考虑动态优先级、普通优先级、静态优先级；
计算负荷权重：struct load_weight，优先级权重值转换表，转换考虑实时进程（是普通进程的两倍）；就绪队列也关联一个负荷权重；

5.4 核心调度器

周期性调度器scheduler_tick，按照一定周期调用该函数；
主调度器schedule：主动让出CPU给另一个进程，内核系统调用返回后检查重调度标志TIF_NEED_RESCHED；。。。
与fork的交互；
上下文切换；context_switch，switch_mm，switch_to，惰性TLB，switch_to三个参数传递两个变量prev = switch_to(prev, next), A->B->C->A, prev = C；惰性FPU模式；

6 完全公平调度类

struct fair_sched_class

6.1 数据结构

6.2 CFS操作

6.3 队列操作

6.4 选择下一个进程

6.5 处理周期性调度器

6.6 唤醒抢占

6.7 处理新进程

7 实时调度类

7.1 性质

7.2 数据结构

7.3 调度器操作

8 调度器增强

8.1 SMP调度

8.2 调度域和控制组

8.3 内核抢占和低延迟相关工作

进程管理与调度