linux内核——3_（进程管理）系统的进程管理

作者：GWD 时间：2019.7.28

一、系统的进程的运转方式
1、系统时间：（jiffies系统滴答）：CPU内部有一个RTC，会在上电的时候调用mktime函数算出从1970年1月1日0时开始到当前开机点所过的秒数给MKTIME函数传来的时间结构体的赋值是由初始化时从RTC(coms)中读出的参数转化为时间存入全局变量中，并且会为JIFFIES所用；
2、 JIFFIES 是一个系统的时钟滴答，一个系统滴答是10ms ，定时器10ms一个系统滴答—>每隔10ms会引发一个定时器中断（这个中断服务函数中，首先进行了jiffies的自加；
Jiffies自增后调用do_timer函数

（一）、分析do_timer()函数
1、Sched.c中打开do_timer函数

 时钟中断C 函数处理程序，在kernel/system_call.s 中的_timer_interrupt（176 行）被调用。
// 参数cpl 是当前特权级0 或3，0 表示内核代码在执行。
// 对于一个进程由于执行时间片用完时，则进行任务切换。并执行一个计时更新工作。
void do_timer (long cpl)
{extern int beepcount;      // 扬声器发声时间滴答数(kernel/chr_drv/console.c,697)extern void sysbeepstop (void);  // 关闭扬声器(kernel/chr_drv/console.c,691)// 如果发声计数次数到，则关闭发声。(向0x61 口发送命令，复位位0 和1。位0 控制8253// 计数器2 的工作，位1 控制扬声器)。if (beepcount)if (!--beepcount)sysbeepstop ();// 如果当前特权级(cpl)为0（最高，表示是内核程序在工作），则将超级用户运行时间stime 递增；// 如果cpl > 0，则表示是一般用户程序在工作，增加utime。if (cpl)current->utime++;elsecurrent->stime++;// 如果有用户的定时器存在，则将链表第1 个定时器的值减1。如果已等于0，则调用相应的处理
// 程序，并将该处理程序指针置为空。然后去掉该项定时器。if (next_timer){                // next_timer 是定时器链表的头指针(见270 行)。next_timer->jiffies--;while (next_timer && next_timer->jiffies <= 0){void (*fn) ();  // 这里插入了一个函数指针定义！！！??fn = next_timer->fn;next_timer->fn = NULL;next_timer = next_timer->next;(fn) ();      // 调用处理函数。}}
// 如果当前软盘控制器FDC 的数字输出寄存器中马达启动位有置位的，则执行软盘定时程序(245 行)。if (current_DOR & 0xf0)do_floppy_timer ();if ((--current->counter) > 0)return;         // 如果进程运行时间还没完，则退出。current->counter = 0;if (!cpl)return;         // 对于超级用户程序，不依赖counter 值进行调度。schedule ();
}

2、问：current是什么？

答：是当前进程，为什么当前进程可以用current一个变量来表示呢？这就是操作系统的，魅力，也是面向对象的思想。它有一个封装的非常好的结构体叫task_struct。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表示被中断的是用户进程；

3、task_struct:无论是进程的创建、退出、管理都是在跟这个结构体在打交道。创建进程的时候就是创建一个这个task_struct变量；

// 这里是任务（进程）数据结构，或称为进程描述符。
// ==========================
// long state 任务的运行状态（-1 不可运行，0 可运行(就绪)，>0 已停止）。
// long counter 任务运行时间计数(递减)（滴答数），运行时间片。
// long priority 运行优先数。任务开始运行时counter = priority，越大运行越长。
// long signal 信号。是位图，每个比特位代表一种信号，信号值=位偏移值+1。
// struct sigaction sigaction[32] 信号执行属性结构，对应信号将要执行的操作和标志信息。
// long blocked 进程信号屏蔽码（对应信号位图）。
// --------------------------
// int exit_code 任务执行停止的退出码，其父进程会取。
// unsigned long start_code 代码段地址。
// unsigned long end_code 代码长度（字节数）。
// unsigned long end_data 代码长度 + 数据长度（字节数）。
// unsigned long brk 总长度（字节数）。
// unsigned long start_stack 堆栈段地址。
// long pid 进程标识号(进程号)。
// long father 父进程号。
// long pgrp 父进程组号。
// long session 会话号。
// long leader 会话首领。
// unsigned short uid 用户标识号（用户id）。
// unsigned short euid 有效用户id。
// unsigned short suid 保存的用户id。
// unsigned short gid 组标识号（组id）。
// unsigned short egid 有效组id。
// unsigned short sgid 保存的组id。
// long alarm 报警定时值（滴答数）。
// long utime 用户态运行时间（滴答数）。
// long stime 系统态运行时间（滴答数）。
// long cutime 子进程用户态运行时间。
// long cstime 子进程系统态运行时间。
// long start_time 进程开始运行时刻。
// unsigned short used_math 标志：是否使用了协处理器。
// --------------------------
// int tty 进程使用tty 的子设备号。-1 表示没有使用。
// unsigned short umask 文件创建属性屏蔽位。
// struct m_inode * pwd 当前工作目录i 节点结构。
// struct m_inode * root 根目录i 节点结构。
// struct m_inode * executable 执行文件i 节点结构。
// unsigned long close_on_exec 执行时关闭文件句柄位图标志。（参见include/fcntl.h）
// struct file * filp[NR_OPEN] 进程使用的文件表结构。
// --------------------------
// struct desc_struct ldt[3] 本任务的局部表描述符。0-空，1-代码段cs，2-数据和堆栈段ds&ss。
// --------------------------
// struct tss_struct tss 本进程的任务状态段信息结构。
// ==========================
struct task_struct
{
/* these are hardcoded - don't touch */long state;         /* -1 unrunnable, 0 runnable, >0 stopped */long counter;long priority;long signal;struct sigaction sigaction[32];long blocked;           /* bitmap of masked signals */
/* various fields */int exit_code;unsigned long start_code, end_code, end_data, brk, start_stack;long pid, father, pgrp, session, leader;unsigned short uid, euid, suid;unsigned short gid, egid, sgid;long alarm;long utime, stime, cutime, cstime, start_time;unsigned short used_math;
/* file system info */int tty;          /* -1 if no tty, so it must be signed */unsigned short umask;struct m_inode *pwd;struct m_inode *root;struct m_inode *executable;unsigned long close_on_exec;struct file *filp[NR_OPEN];
/* ldt for this task 0 - zero 1 - cs 2 - ds&ss */struct desc_struct ldt[3];
/* tss for this task */struct tss_struct tss;
};

4、接下来看一下next_timer是什么？
next_timer 是嫁接与jiffies变量的所有定时器的事件链表。如果链表上有定时器的话就执行这个定时器，若没有就不执行

next_timer 是嫁接与jiffies变量的所有定时器的事件链表，jiffies就好像一根绳子，链表是在上边打的节，比如十分钟的时候要执行某些程序，第十分钟就是链表。

5、current->counter ---->进程的时间片

单核CPU操作系统是伪并行的，进程调度就是根据时间片来的；
task_struck一个进程，task_struck[]进程向量表counter；
1）、counter–在哪里用：进程的调度就是task_struck[]进程链表的检索，找时间片最大的那个进程对象（task_struck），然后进行调用，直到时间片为0，退出之后在进行新一轮的调用。
2）、counter–在哪里被设置：当全部的 task_struck[]（task[]）所有的进程的counter都为0，就进行新一轮的时间片分配；
3）、分配方式：优先级时间片轮转调度算法，可以看出把优先级加到时间片上了，优先级越高时间片越大，就越先执行(*p)->counter = ((*p)->counter >> 1) +(*p)->priority;

（二）、分析mktime.c
1、首先打开Mktime.c

我们看看谁调用了kernel_mktime这个函数就知道谁在一开始就给他1970的时间了，搜索一下发现有两个函数调用了这个

这里可以看出时间是从cmos中读出的，这个do…while用的很好，先读一次，若第二次读的和第一次不一样就再读一次，以防读的过程中过去了1秒。然后kernel_mktime(&time)把时间返回给全局变量start_time

再看一下startup_time这个全局变量是干什么用的

其中jiffies/HZ是开机用的秒数

注：linux一开始就很注重面向对象的编程，tm结构体就是一个对象，在系统中也不断地在进行新建对象

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