Linux内核中的进程管理与调度详解-优快云博客

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系统的进程管理：

系统的进程的运转方式

系统时间：（jiffies 系统滴答）

CPU内部有一个RTC（定时器），会在上电的时候调用mktime函数算出从1970年的1月1日0时开始到当前开机点所过的秒数给mktime传递的参数是从rtc芯片中读出，转化为时间存入全局变量中，并且会为jiffies所用

1个jiffies 系统滴答是10ms，每隔10ms会引发一个定时器中断，这个中断中进行以下操作：

执行timer_interrupt进行了jiffies的自加
call do_timer

调用do_timer函数：
if(cpl)				//CPL变量是内核中用来指示被中断程序的特权  0表示内核进程  1表示被中断用户进程
	current->utime++;	//utime用户程序的运行时间
else
	current->stime++;	//stime内核程序的运行时间
	
next_timer ：是嫁接于jiffies变量的所有定时器的事件链表，这个结构体中的jiffies是指当前时间距离要执行时间的差值，小于等于0时执行这个结构体中的函数指针fn
task_struct  中的current 是指当前进程
task_struct[]  task：进程向量表
current->counter:进程的时间片
	counter在哪里用？	进程的调度就是task_struct[]进程链表的检索，找时间片最大的那个进程对象，然后进行调用，直到时间片为0，退出   之后再进行新一轮的调用
	counter在哪里被设置？	当全部的task_struct[] task[] 所有的进程的counter都为0，就进行新一轮的时间片分配   (*p)->counter = ((*p)->counter >>1 ) + (*p)->priority;   优先级时间片轮转调度算法
task_struct结构体介绍：内核进程就是一个结构体的链表task_struct task[]

每个进程中有

LDT 局部描述符（描述符都是指针）包含：数据段代码段

TSS 进程的状态描述符：在进程运行的过程中，CPU需要知道的进程的状态标识，以及

堆栈

每个进程内存分布如下

高地址

栈

堆

TSS

数据段

代码段

低地址

$[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-KLsVobKF-1630857764883)(C:\Users\zwh\AppData\Roaming\Typora\typora-user-images\image-20210905230801330.png)]$

  - 系统级别  GDT  **全局描述符表**   （每个CPU都有一个GDT）

在这里插入图片描述

如何进行创建一个新的进程

Linux在初始化过程中会进行0号进程的创建，用fork方法

之前的这些初始化操作都是在内核态完成

sched_init() 做了什么事情？

内核态：不可以抢占

用户态：可以抢占

move_to_user_mode()之后会执行fork() 创建0号用户空间进程，0号进程是所有进程的父进程，然后执行用户态的init()函数，对用户空间进行初始化

0号进程：

打开标准输入输出错误的控制台句柄

创建1号进程，如果创建成功（fork返回为0），在1号进程中打开"/etc/rc"配置文件，并执行shell程序"/bin/sh"

在调用pid = fork()时

子程序的pid返回为零

而父程序返回的pid值为生成子程序在系统中的真实pid值而非父程序本身在系统中的真实pid值

0号进程退出init()函数，不会结束，他会在没有其他进程调用的时候调用，只会执行for(;;)pause()暂停

进程创建：

在task链表中找一个进程空位存放当前的进程

创建一个task_struct

设置task_struct

进程的创建就是对0号进程或者当前进程的复制，task_struct task[0]结构体的复制，并进行栈堆的复制

进程的创建就是一个系统调用 sys_fork

给当前要创建的进程分配一个进程号，find_empty_process

创建一个子进程的task_struct结构体

将当前的子进程放到整体进程链表中

设置创建好的task_struct结构体

如果当前进程使用了协处理器，那就设置当前创建进程的协处理
copy_mem 进行老进程向新进程代码段数据段(LDT)的拷贝
如果老进程打开了某个文件，那么子进程也同样打开了这个文件，所以将文件的计数++
设置进程的两个段，并结合刚才拷贝过来的数据组装成一个进程
给进程的状态标志设置成一个可运行的状态
返回进程的pid

进程调度

void schedule(void) 进程调度函数

switch_to(next) 进程切换函数

进程的状态：

运行状态 可以被运行就绪状态进程切换只能在运行状态
可中断睡眠状态 可以被信号中断（kill -8 -6 SIGCHLD 等）使其变成RUNING 对应poll机制 wait/waitpid
不可中断睡眠状态 只能被wakeup所唤醒使其编程RUNING 当多个进程等待资源的时候会进入sleep，对应这个状态
暂停状态 收到SIGSTOP SIGTSTP SIGTTIN进入暂停状态
**僵尸状态 ** 进程停止运行了，但是父进程还没有将其清空 waitpid

进程切换

将需要切换的进程赋值给当前进程指针 current
进行进程的上下文切换
上下文：程序运行时 CPU的特殊寄存器通用寄存器（TSS）等信息 + 当前堆栈中的信息

sleep_on() :可以多个进程组成一个睡眠链表 ，例如某个资源是互斥的，当资源被某一个进程占用时，其他进程便无法访问此资源。那么若某进程无法得到资源，其使用sleep_on(&res_wait) 在资源的wait队列上睡眠，注意到这里的wait只是指针变量

《Linux内核设计的艺术》》

进程的退出

进程销毁函数 exit() --> 一个系统调用 do_exit()

首先该函数会释放进程的代码段和数据段占用的内存，清空

关闭进程打开的所有文件，对当前的目录和i节点进行同步(文件操作)

如果当前要销毁的进程有子进程，那么就让1号进程作为新的父进程(init进程)

如果当前进程是一个会话头进程，则会终止会话中的所有进程

改变当前进程的运行状态，变成TASK_ZOMBIE僵死状态，并且向其父进程发送SIGCHLD信号

release(struct task_struct * p )

完成清空任务描述表中的对应进程表项，释放对应的内存页（代码段数据段堆栈）

static inline int send_sig(long sig,struct task_struct *p,int priv)

给指定的进程p发送对应的sig，task结构体中一个信号列表(*p)->signal

static void kill_session（void）

终止会话，终止当前进程的会话，给其发送SIGHUP信号

int sys_kill(int pid,int sig)

kill 不是杀死的意思，向对应的进程号或者进程组号发送任何信号

pid >0 给对应的pid发送sig

pid =0 给当前进程的进程组发送sig

pid =-1 给任何进程发送

pid <-1 给进程组号为-pid的进程组发送信号

static void tell_father(int pid)

向父进程发送SIGCHLD信号

int do_exit(long code)

ldt[1] ldt段 ldt[2] tss段

父进程在运行子进程的时候一般都会运行wait waitpid这两个函数(父进程等待某个子进程终止的)，当父进程收到SIGCHLD信号时，父进程会终止僵死状态的子进程
首先父进程会把子进程的运行时间累加到自己的进程变量中
把对应的子进程的进程描述结构体进行释放，置空任务数组中的空槽

syscall_xxx 或者do_xxx 一般都是一个中断调用的函数

Linux系统的进程管理