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告昝
5 years ago
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1 Linux 中的进程与线程进程调度 Linux 线程目录 1

2 进程控制块 (PCB) 是什么? PCB 的内容 Linux 下的 PCB 有什么特点? Task_struct 进程是程序执行时的一个实例 1. 有一段程序供其执行 2. 有起码的私有财产, 也就是进程的专有的系统堆栈空间 3. 有户口, 就是内核中的一个 task_struct 数据结构, 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, 接受内核调度同时这个结构记录着进程的财产登记卡, 记录着进程所占用的各项资源 4. 有独立的存储空间, 拥有专有的用户空间 2

3 系统进程 : 这种进程属于操作系统的一部分, 执行操作系统程序, 完成操作系统的某些功能用户进程 : 运行用户程序, 直接为用户服务 Task_struct 结构 3

4 进程状态 (State) 进程状态是调度和对换的依据 Linux 进程的状态 : 内核表示 TASK_RUNNING TASK_INTERRUPTIBLE TASK_UNINTERRUPTIBLE TASK_ZOMBIE TASK_STOPPED TASK_SWAPPING 含义可运行可中断的等待状态不可中断的等待状态僵死暂停换入 / 换出 4

5 进程调度信息调度程序利用这部分信息决定系统中哪个进程最应该运行, 并结合进程的状态信息保证系统运转的公平和高效这一部分信息通常包括进程的类别 ( 普通进程还是实时进程 ) 进程的优先级等等域名 need_resched Nice Counter Policy rt_priority 含义调度标志静态优先级动态优先级调度策略实时优先级进程调度信息调度策略 : 名称解释适用范围 SCHED_OTHER 其他调度普通进程 SCHED_FIFO 先来先服务调度 SCHED_RR 时间片轮转调度实时进程 5

6 标识符 (Identifiers) 域名 Pid Uid gid Euid egid Suid sgid Fsuid fsgid 含义进程标识符用户标识符组标识符有效用户标识符有效组标识符备份用户标识符备份组标识符文件系统用户标识符文件系统组标识符进程通信有关信息 (IPC:Inter_Process Communication) 域名 Spinlock_t sigmask_lock Long blocked Struct signal *sig Struct sem_undo *semundo Struct sem_queue *semsleeping 含义信号掩码的自旋锁信号掩码信号处理函数为避免死锁而在信号量上设置的取消操作与信号量操作相关的等待队列 6

7 进程链接信息 (Links) 名称英文解释中文解释 [ 指向哪个进程 ] p_opptr Original parent 祖先 p_pptr Parent 父进程 p_cptr Child 子进程 p_ysptr Younger sibling 弟进程 p_osptr Older sibling 兄进程 Pidhash_next Pidhash_pprev Next_task prev_task Run_list 进程在哈希表中的链接进程在双向循环链表中的链接运行队列的链表时间和定时器信息 (Times and Timers) 与时间有关的域域名 Start_time Per_cpu_utime Per_cpu_stime Counter 含义进程创建时间进程在某个 CPU 上运行时在用户态下耗费的时间进程在某个 CPU 上运行时在系统态下耗费的时间进程剩余的时间片 7

8 文件系统信息 (File System) 与文件系统有关的域定义形式 Sruct fs_struct *fs Struct files_struct *files 解释进程的可执行映象所在的文件系统进程打开的文件虚拟内存信息 (Virtual Memory) 虚拟内存描述信息定义形式 Struct mm_struct *mm Struct mm_struct *active_mm 解释描述进程的地址空间内核线程所借用的地址空间 8

9 页面管理信息定义形式 Int swappable Unsigned long min_flat,maj_flt,nswap Unsigned long cmin_flat,cmaj_flt,cnswap 解释进程占用的内存页面是否可换出进程累计的次 (minor) 缺页次数主 (major) 次数及累计换出换入页面数本进程作为祖先进程, 其所有层次子进程的累计的次 (minor) 缺页次数主 (major) 次数及累计换出换入页面数对称多处理机 (SMP) 信息与多处理机有关的域定义形式 Int has_cpu Int processor Int lock_depth 解释进程是否当前拥有 CPU 进程当前正在使用的 CPU 上下文切换时内核锁的深度 9

10 和处理器相关的环境 ( 上下文 ) 信息 (Processor Specific Context) 与处理机有关的域定义形式 Struct thread_struct *tss 解释任务切换状态其它 struct wait_queue *wait_chldexit; Struct rlimit rlim[rlim_nlimits]; Int exit_code exit_signal; Char comm[16] Unsigned long personality; int did_exec:1; struct linux_binfmt *binfmt 10

11 进程调度对 TASK_RUNNING 状态的进程进行调度优先级实时进程调度普通进程调度调度触发的时机其他问题优先级确定方式 : 进程调度用户指定内核调度程序动态调整 Linux 进程分为两个级别 : 普通进程实时进程实时进程的优先级都高于普通进程 11

12 实时进程调度进程调度让处于可执行状态的最高优先级的实时进程尽可能地占有 CPU 两种调度策略 SCHED_FIFO: 先进先出 SCHED_RR: 轮转调度用户程序 sched_setscheduler 设置进程的调度策略以及相关调度参数 sched_setparam 只用于设置调度参数普通进程调度进程调度力图让各个处于可执行状态的普通进程和平共处地分享 CPU 动态调整进程优先级交互式进程批处理进程调度公平性给处于可执行状态的进程分配时间片 ( 按照优先级 ), 用完时间片的进程被放到过期队列中动态调整进程的优先级 12

13 调度触发的时机进程调度当前进程 ( 正在 CPU 上运行的进程 ) 状态变为非可执行状态抢占进程运行时, 非预期地被剥夺 CPU 的使用权进程用完了时间片出现了优先级更高的进程其他进程调度内核抢占 2.4 到 2.6 的升级多处理器下的负载均衡 Smp 操作系统优先级继承低优先级 spin_lock 中断处理线程化如何调度全局页表切换, 硬件上下文 13

14 Linux 线程和进程进程 = 程序的执行实例? 线程 = 进程? Linux 线程和进程线程与进程进程所维护的是程序所包含的资源 ( 静态资源 ), 如 : 地址空间, 打开的文件句柄集, 文件系统状态, 信号处理 handler, 等 ; 线程所维护的运行相关的资源 ( 动态资源 ), 如 : 运行栈, 调度相关的控制信息, 待处理的信号集, 等 ; 14

15 Linux 线程和进程 Fork()- 父亲克隆一个儿子执行 fork() 之后, 兵分两路, 两个进程并发执行 Exec()- 新进程脱胎换骨, 离家独立, 开始了独立工作的职业生涯 Wait()- 等待不仅仅是阻塞自己, 还准备对僵死的子进程进行善后处理 Exit()- 终止进程, 把进程的状态置为僵死, 并把其所有的子进程都托付给 init 进程, 最后调用 schedule() 函数, 选择一个新的进程运行 fork() 调用 fork 程序运行就发生分叉, 变成两个控制流程子进程克隆父进程父子进程内存空间代码相同, 除非儿子用 exec 另启门户做其他工作一次调用, 两个返回值 fork 调用后, 系统会在子进程中设置 fork 返回值是 0, 而父进程内存空间中 fork 的返回值则是子进程的 pid 子进程获得父进程的数据空间堆和栈的副本父子进程共享正文段 (text, 代码段 ) 15

16 fork() 内存内核空间 PCB-father PCB-child 用户空间父进程 pid_t = *** 子进程 pid_t = 0 fork() 在 fork 之后处理文件描述符有两种常见情况 : 父进程等待子进程完成父子进程各自执行不同的程序段 fork 有两种用法 : 一个父进程希望复制自己, 使父子进程同时执行不同的代码段一个进程要执行一个不同的程序 ( 子进程从 fork 返回后立即调用 exec ) 16

17 fork() 父子进程之间的区别是 : fork 的返回值进程 ID 不同两个进程具有不同的父进程 ID: 子进程的父进程 ID 是创建它的进程的 ID, 而父进程的父进程 ID 则不变子进程的 tms_utime tms_stime tms_cutime 已经 tms_ustime 均被设置为 0. 父进程设置的文件锁不会被子进程继承子进程的未处理的闹钟 (alarm) 被清除子进程的未处理信号集设置为空集 exec() exec 函数族包括若干函数 : #include <unistd.h> int execl(const char *path, const char *arg,...); int execlp(const char *file, const char *arg,...); int execle(const char *path, const char *arg,..., char *const envp[]); int execv(const char *path, char *const argv[]); int execvp(const char *file, char *const argv[]); int execve(const char *path, char *const argv[], char *const envp[]); path 要执行的程序名 ( 有或没有全路径 ) arg 被执行程序所需的命令参数, 以 arg1,arg2,arg3 形式表示, NULL 为结束 argv 命令行参数以字符串数组 argv 形式表示 envp 环境变量字符串 17

18 exit() void exit(int status); 程序执行结束或调用 exit 后, 进程生命就要终结, 但进程不是马上消失, 而是变为僵死状态放弃了几乎所有内存空间, 不再被调度, 但保留有 pcb 信息供 wait 收集, 包括 : 正常结束还是被退出占用总系统 cpu 时间和总用户 cpu 时间缺页中断次数, 收到信号数目等利用参数 status 传递进程结束时的状态 wait() pid_t wait(int *status) 阻塞自己, 等待第一个僵死子进程, 进行下面操作, 否则一直阻塞下去收集僵死子进程信息释放子进程 pcb, 返回调用成功, 返回被收集子进程的 PID; 如果没有子进程, 返回 -1 18

19 Linux 程序实例实例? Q&A 19

Kernel Kernel Kernel Kernel load estimator runqueue kernel/sched.

Kernel Kernel Kernel Kernel load estimator runqueue kernel/sched. Linux Kernel 2.6 20321131 Kernel 2.4...3 Kernel 2.4...3 Kernel 2.4...3 Kernel 2.6...3...3 1....3 2....4 3. load estimator...4 4....4 5....4...4 1....4 2. runqueue kernel/sched.c...4 3. task_struct(include/linux/sched.h)...6...9