浅析Linux中的进程和中断.doc

一 进程和进程调度
1.进程
1.1什么是进程
正在执行的程序代码的实时结果，即处于执行期的程序及相关资源。
系统进行资源分配和调度的基本单元

Linux系统中的进程：
交互式进程 shell命令进程、文本编辑器
批处理进程 编译
实时进程 视频应用程序

1.2 Linux下的进程结构
内核将所有进程存放在进程链表，链表的每一项的类型为task_struct
这个类型就称为进程描述符，一个进程描述符包含了具体进程的所有信息，包括进程的状态、进程标识值、进程间的关系、打开的文件信息等

进程标识
内核通过唯一的进程标识值PID来标识每一个来标志每一个进程
PID存放在进程描述符中
getpid() 获得当前进程的进程号
getppid() 获得当前进程的父进程号

进程的状态

TASK_RUNNING 运行状态（运行就绪、正在运行）
TASK_INTERRUPTIBLE 可中断的阻塞状态
TASK_UNINTERRUPTIBLE 不可中断的阻塞状态
TASK_TRACED 跟踪状态
TASK_STOPPED 暂停状态

设置当前进程的状态：
set_current_state(current,state);
进程家族树：
Linux系统的进程之间存在继承关系，所有的进程都是PID为1的init进程的后代，内核在系统启动的最后阶段启动init进程。

Linux下进程的创建和终止
创建
fork() 拷贝当前进程创建一个子进程
exec() 读取可执行文件并将其载入地址空间开始运行

其中，fork()使用写时复制技术，避免拷贝大量用不到的数据，使系统具有快速执行能力

终止
do_exit() 释放与进程相关的资源，进程僵死不可运行，处于退出状态
但仍保留了进程描述符，此时进程的存在只为父进程能获得它的信息
wait() 终止进程，占用的所有资源被释放
Linux下的进程调度
进程的优先级

Linux采用两种不同的优先级范围
nice值-20~+19 默认值为0值越大优先级越低

实时优先级可配置 0~99 值越大优先级越高

内核将进程分为两个级别:普通进程和实时进程，任何实时进程的优先级都高于普通进程，实时优先级和nice优先级处于互不相交的两个范畴

时间片
进程被抢占前持续运行的时间
时间片过长 系统对交互响应表现欠佳
时间片过短 明显增大进程切换带来的处理器耗时
Linux的CFS调度器并没有直接分配时间片到进程，而是划分了处理器的使用比，它还会受到nice值得影响
Linux下的进程调度
Linux的调度器类主要实现两类进程调度算法：实时调度算法和完全公平调度算法(CFS)
对实时进程的调度
按优先级执行，一般不会被抢占。直到实时进程执行完，才会执行普通进程。

如果有多个可执行状态的同优先级的实时进程，有两种调度策略：
a)SCHED_FIFO 先进先出
b)SHED_RR 轮转调度 内核为实时进程分配时间片

完全公平调度算法 CompletelyFairScheduler
CFS 完全公平调度 针对普通进程的调度类
CFS基于一个简单的理念：所有任务都应该公平的分配处理器。理想情况下，n个进程的调度系统中，每个进程获得1/n处理器时间
CFS使用vruntime变量记录一个进程运行多长时间以及还应该再运行多久，它是一个通过优先级和系统负载等加权过的时间，nice值在CFS中被作为进程获得的处理器运行比的权重，越低的nice值（越高的优先级）进程获得更多的处理器使用权重
CFS在所有可运行进程总数基础上计算出一个进程应该运行多久
可运行进程数量趋于无限时，处理器使用比趋于0，为此CFS引入了每个进程时间片底线，称为最小粒度，默认为1ms
CFS就是通过追踪这个vruntime来进行任务调度，CFS选择具有最小vruntime值的进程作为下一个可执行进程，用红黑树来组织调度实体，而键值就是vruntime。在每个tick中断的时候，会更新进程的信息，并检查这个红黑树，判断某些进程是不是要被替换掉。那么CFS只要选择最左叶子节点作为下一个可执行进程即可。实际上CFS缓存了最左叶子，可以直接选取left_most叶子 _pick_next_entity()

。

二：中断和中断处理
2.1什么是中断
硬件在需要的时候向内核发出信号
由于处理器的速度远大于外围硬件设备的速度，内核可以线处理其它事物，等到硬件真正完成请求再对该请求进行处理

2.2中断处理的上半部和下半部
为了让中断处理既运行的快，又完成多工作量，中断处理程序从概念上分为上半部分(tophalf)和下半部分(botto