[未写完](0x02)深入Linux内核架构总结----进程管理和调度

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进程管理和调度

内核必须决定为各个进程分配多长时间，何时切换到下一个进程。这又引出了哪个进程是下 一个的问题。此类决策是平台无关的。

在内核从进程A切换到进程B时，必须确保进程B的执行环境与上一次撤销其处理器资源时完 全相同。例如，处理器寄存器的内容和虚拟地址空间的结构必须与此前相同。

这里的后一项工作与处理器极度相关。不能只用C语言实现，还需要汇编代码的帮助。

这两个任务是称之为调度器的内核子系统的职责。CPU时间如何分配取决于调度器策略，这与用于在各个进程之间切换的任务切换机制完全无关。

2.1 进程优先级

进程可以分为实时进程和非实时进程

> 硬实时进程有严格的时间限制，某些任务必须在指定的时限内完成

> 软实时进程是硬实时进程的一种弱化形式

大多数进程是没有特定时间约束的普通进程，但仍然可以根据重要性来分配优先级。

抢占式多任务处理（preemptive multitasking）

各个进程都分配到一定的时间段 可以执行。时间段到期后，内核会从进程收回控制权，让一个不同的进程运行，而不考虑前一进程所 执行的上一个任务。被抢占进程的运行时环境，即所有CPU寄存器的内容和页表，都会保存起来，因 此其执行结果不会丢失。在该进程恢复执行时，其进程环境可以完全恢复。时间片的长度会根据进程 重要性（以及因此而分配的优先级）的不同而变化。

完全公平调度器（completely fair scheduler）

2.2 进程生命周期

进程可能有以下几种状态。

 运行：该进程此刻正在执行。  等待：进程能够运行，但没有得到许可，因为CPU分配给另一个进程。调度器可以在下一次 任务切换时选择该进程。  睡眠：进程正在睡眠无法运行，因为它在等待一个外部事件。调度器无法在下一次任务切换 时选择该进程。 

抢占式多任务处理

Linux进程管理的结构中还需要另外两种进程状态选项：用户状态和核心态。

这反映了所有现代CPU都有（至少）两种不同执行状态的事实，其中一种具有无限的权利，而另一种则受到各种限制。

例如，可能禁止访问某些内存区域。这种区别是建立封闭“隔离罩”的一个重要前提，它维持着系统中现存的各个进程，防止它们与系统其他部分相互干扰。 进程通常都处于用户状态，只能访问自身的数据，无法干扰系统中的其他应用程序，甚至也不会注意到自身之外其他程序的存在。 如果进程想要访问系统数据或功能（后者管理着所有进程之间共享的资源，例如文件系统空间），则必须切换到核心态。显然这只能在受控情况下完成，否则所有建立的保护机制都是多余的，而且这种访问必须经由明确定义的路径。“系统调用”是在状态之间切换的一种方法

从用户状态切换到核心态的第二种方法是通过中断，此时切换是自动触发的。系统调用是由用户 应用程序有意调用的，中断则不同，其发生或多或少是不可预测的。处理中断的操作，通常与中断发 生时执行的进程无关。

内核的抢占调度模型建立了一个层次结构，用于判断哪些进程状态可以由其他状态抢占。 
 普通进程总是可能被抢占，甚至是由其他进程抢占。在一个重要进程变为可运行时，例如编辑器接收到了等待已久的键盘输入，调度器可以决定是否立即执行该进程，即使当前进程仍然在正常运行。对于实现良好的交互行为和低系统延迟，这种抢占起到了重要作用。 
 如果系统处于核心态并正在处理系统调用，那么系统中的其他进程是无法夺取其CPU时间的。 调度器必须等到系统调用执行结束，才能选择另一个进程执行，但中断可以中止系统调用。
 中断可以暂停处于用户状态和核心态的进程。中断具有高优先级，因为在中断触发后需要 尽快处理。 

2.3 进程表示

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