Linux内核分析第四章 读书笔记

第一部分--进程调度

进程调度：操作系统规定下的进程选取模式

面临问题：多任务选择问题

多任务操作系统就是能同时并发地交互执行多个进程的操作系统，在单处理器机器上这会产生多个进程在同时运行的幻觉，在多处理器机器上，这会使多个进程在不同的处理机上真正同时、并行地运行。无论在单处理器或者多处理器机器上，多任务操作系统都能使多个进程处于堵塞或者睡眠状态，也就是说，实际上不被投入执行，直到工作确实就绪。

多任务系统可以划分为两类：非抢占式多任务和抢占式多任务。Linux提供了抢占式的多任务。

策略选择：

一般选择任务方式可以分为：当一个进程正在运行时，系统可以基于某种原则，剥夺已分配给它的处理机，将之分配给其它进程。剥夺原则有：优先权原则、短进程优先原则、时间片原则。

优先级：每个任务进程都有自己的进入等级，高者先行进入

时间片：根据基本时间单位来选择进程

通常linux将他们进行结合运用

算法提供：

先进先出算法：算法总是把处理机分配给最先进入就绪队列的进程，一个进程一旦分得处理机，便一直执行下去，直到该进程完成或阻塞时，才释放处理机。

短进程优先：最短CPU运行期优先调度算法，该算法从就绪队列中选出下一个“CPU执行期最短”的进程，为之分配处理机。

轮转法:在分时系统中，都采用时间片轮转法。简单轮转法：系统将所有就绪进程按FIFO规则排队，按一定的时间间隔把处理机分配给队列中的进程。这样，就绪队列中所有进程均可获得一个时间片的处理机而运行。多级队列方法：将系统中所有进程分成若干类，每类为一级。

linux通常使用公平性算法：

CFS算法:需要选择下一个运行进程时，它会挑一个具有最小vruntime的进程，这其实就是CSF调度算法的核心：选择具有最小、vruntime的任务。那么剩下的内容我们就来讨论到底是如何实现选择具有最小、vruntime值的进程。Linux中，红黑树称为rbtree，它是一个自平衡二叉搜索树,红黑树是一种以树节点形式存储的数据，这些数据都会对应一个键值，我们可以通过这些键值来快速检索节点上的数据

选择结构为红黑树，节点为最小节点

第二部分--进程的上下文切换

进程上下文切换：在操作系统中，CPU切换到另一个进程需要保存当前进程的状态并恢复另一个进程的状态：当前运行任务转为就绪（或者挂起、删除）状态，另一个被选定的就绪任务成为当前任务。上下文切换包括保存当前任务的运行环境，恢复将要运行任务的运行环境。

用进程的PCB也称为PCB，即任务控制块表示，它包括进程状态，CPU寄存器的值等。

通常通过执行一个状态保存来保存CPU当前状态，然后执行一个状态恢复重新开始运行。

在三种情况下可能会发生上下文切换：中断处理，多任务处理，用户态切换。在中断处理中，其他程序”打断”了当前正在运行的程序。当CPU接收到中断请求时，会在正在运行的程序和发起中断请求的程序之间进行一次上下文切换。在多任务处理中，CPU会在不同程序之间来回切换，每个程序都有相应的处理时间片，CPU在两个时间片的间隔中进行上下文切换。对于一些操作系统，当进行用户态切换时也会进行一次上下文切换，虽然这不是必须的。

Linux的实时调度算法提供了―种软实时工作方式，软实时的含义是，内核调度进程，尽力使进程在它的限定时间到来前运行，但内核不保证总能满足这些进程的要求。相反，硬实时系统保证在一定条件下，可以满足任何调度的要求。Linux对于实时任务的调度不做任何保证。

与调度相关的系统调用:

1 与调度策略和优先级相关的系统调用

2 与处理器绑定有关的系统调用

3 放弃处理器时间

总结：

对于我们关于进程调度，基本的思想就是怎么有限的资源尽最大能力利用，使用的手段有助于我们解决问题，进程调度的方式也是计算机操作系统不可避免的问题，我们可以假设CPU就是我们的日常生活中的资金，怎样更好的支出与收入直接影响到我们的日常生活，进程调度的方向我认为现在在于扩大CPU的总操作量的同时，引入一个审核机构，进行判断进程的需求度与可以利用资源的最小空间，把不需要恢复或者作用不大的部分给予上下文恢复与保存，或者对进程间相似部分进行替换即可，可以引入更小的操作单位，向线程，在进程共同应用的时候，将其保留一份提供给2个进程来达到共享的目的。