进程管理——linux内核设计与实现读书笔记

一、数据结构和概念

1、task_struct 进程管理结构（进程描述符），包含具体进程的所有信息，以双向链表方式存放在内核任务队列中，进程描述符包含其父子节点的指针。

slab分配器负责分配 task_struct。 PID进程唯一标识符：根据硬件结构的不同，一般通过栈指针计算或者存储于寄存器中。

2、thread_info

在栈创建thread_info，存放指向该任务实际task_struct指针。

3、进程上下文

程序在用户空间执行，当执行系统调用或触发异常，则进入内核空间，称内核代表进程执行并处于进程上下文中。

二、新进程生命周期

fork  创建新进程：/kernel/fork.c。拷贝父进程来创建子进程，并创建PID。 为task_struct、内核栈申请空闲页面，创建thread_info，挂接进程槽，并复制父进程管理结构，复制父进程页表；清除数据、设置状态。（写时拷贝）

exec 创建地址空间，载入程序

exit 退出 子进程自我析构。处理状态、功能、资源，释放后调用schedule。剩余内核栈、task_info和task_struct以向父进程提供信息。

wait 查询 父进程删除进程描述符等。

三、线程

linux线程：轻量级进程，共享资源手段。

线程创建：与普通进程过程类似，区别在于需要指明共享资源。具体：调用clone时传参。

内核线程：与普通线程的区别在于没有独立的地址空间。kthread

四、进程调度

I    调度器类：平衡调用周期和吞吐量。按优先级顺序便利调度类，拥有可执行进行的最高优先级的调度类获得执行。 sched.c。有CFS、实时等调度策略。

II   CFS完全公平调度：针对普通进程,nice值对时间片的作用以几何加权的方式体现，通过权重分配时间来确保进程公平的处理器使用比。

实现（sched_fair.c）：

1、时间记账（没有时间片概念）。sched_entity 追踪进程记账信息：vruntime虚拟时间，通过系统定时器周期更新加权计算，记录程序运行时间和可用时间。

2、进程选择。红黑树选择具有最小vruntime的任务：选择：最左侧叶子节点；添加：被唤醒或fork创建时；删除：阻塞或终止时。

III  调度相关：

调度器入口。schedule()，找到最高优先级的调度类，通过其可运行队列确定下一个该运行的程序。

唤醒和睡眠。休眠进程位于等待队列中，包括可中断以及不可中断。唤醒操作唤醒队列上所有进程，设置状态、加入红黑树、设置标志等。

上下文切换：从一个可执行进程切换到另外一个可执行进程。包括虚拟内存切换和处理器切换。

内核调用sechdule的时机：当从用户空间、系统调用或者中断中返回的时候，通过确认标志来判断是否调度。标志设置：进程被抢占、优先级高的进程进入可执行状态。

linux支持用户抢占（从系统调用或者中断返回用户空间）和内核抢占，但是内核抢占必须判断无锁。

linux还提供调度相关系统调用接口：可以通过系统调用设置调度相关nice值、优先级等，调度策略、强制绑定处理器指定运行的cpu，放弃处理器时间。