linux每隔多久调度y,Linux 进程调度+Linux系统一般执行过程 笔记
进程的调度时机与进程的切换
操作系统原理中介绍了大量进程调度算法,这些算法从实现的角度看仅仅是从运行队列中选择一个新进程,选择的过程中运用了不同的策略而已。
对于理解操作系统的工作机制,反而是进程的调度时机与进程的切换机制更为关键。
调度时机 背景
不同类型的进程有不同的调度需求
第一种分类:
I/O-bound
频繁的进行I/O
通常会花费很多时间等待I/O操作的完成
CPU-bound
计算密集型
需要大量的CPU时间进行运算
第二种分类
批处理进程(batch process)
不必与用户交互,通常在后台运行
不必很快响应
典型的批处理程序:编译程序、科学计算
实时进程(real-time process)
有实时需求,不应被低优先级的进程阻塞
响应时间要短、要稳定
典型的实时进程:视频/音频、机械控制等
交互式进程(interactive process)
需要经常与用户交互,因此要花很多时间等待用户输入操作
响应时间要快,平均延迟要低于50~150ms
典型的交互式程序:shell、文本编辑程序、图形应用程序等
Linux中的进程调度
Linux既支持普通的分时进程,也支持实时进程
Linux中的调度是多种调度策略和调度算法的混合。
什么是调度策略?
是一组规则,它们决定什么时候以怎样的方式选择一个新进程运行
Linux的调度基于分时和优先级
随着版本的变化,分时技术在不断变化
Linux的进程根据优先级排队
根据特定的算法计算出进程的优先级,用一个值表示
这个值表示把进程如何适当的分配给CPU
Linux中进程的优先级是动态的
调度程序会根据进程的行为周期性的调整进程的优先级
较长时间未分配到CPU的进程,通常↑
已经在CPU上运行了较长时间的进程,通常↓
相关的系统调用
nice
getpriority/setpriority
sched_getscheduler/sched_setscheduler
sched_getparam/sched_setparam
sched_yield
sched_get_priority_min/sched_get_priority_max
sched_rr_get_interval
scheudle 函数
schedule函数实现调度
目的:在运行队列中找到一个进程,把CPU分配给它
调用方法:
直接调用,如sleep_on
松散调用,根据need_resched标记
进程调度的时机(重点)
中断处理过程(包括时钟中断、I/O中断、系统调用和异常)中,直接调用schedule(),或者返回用户态时根据 need_resched 标记调用schedule();
内核线程可以直接调用schedule()进行进程切换,也可以在中断处理过程中进行调度,也就是说内核线程作为一类的特殊的进程可以主动调度,也可以被动调度;
用户态进程无法实现主动调度,仅能通过陷入内核态后的某个时机点进行调度,即在中断处理过程中进行调度。
用户态被动调度
内核线程只有内核态没有用户态的特殊进程,无需系统调用。
插曲:张银奎说程序进入内核态犹如人睡觉啦。这个笑话很有意思
进程的切换
为了控制进程的执行,内核必须有能力挂起正在CPU上执行的进程,并恢复以前挂起的某个进程的执行,这叫做进程切换、任务切换、上下文切换;
挂起正在CPU上执行的进程,与中断时保存现场是不同的,中断前后是在同一个进程上下文中,只是由用户态转向内核态执行;
区别是否是同一个进程
进程上下文包含了进程执行需要的所有信息
用户地址空间:包括程序代码,数据,用户堆栈等
控制信息:进程描述符,内核堆栈等
硬件上下文(注意中断也要保存硬件上下文只是保存的方法不同)
还有硬件上下文
schedule()函数选择一个新的进程来运行,并调用context_switch进行上下文的切换,这个宏调用switch_to来进行关键上下文切换
next = pick_next_task(rq, prev);//进程调度算法都封装这个函数内部
context_switch(rq, prev, next);//进程上下文切换
switch_to利用了prev和next两个参数:prev指向当前进程,next指向被调度的进程
进程代码切换代码分析(重点)
第一节第二堂课
位置:kernel/sched/core.c
如果想看到这里面详细的值,可以使用gcc -O0试试
待补充
esp eip 切换 ,
esp 先切换
eip 再切换
利用push eip +call 起到了类似的call 作用,但是灵活修改了eip 。/这点很牛/
Linux系统的一般执行过程
位置:教程第二节第一讲
最一般的情况:正在运行的用户态进程X切换到运行用户态进程Y的过程
在运行的用户态进程X 发生中断,硬件完成以下:
save cs:eip/esp/eflags(current) to kernel stack
load cs:eip(entry of a specific ISR) and ss:esp(point to kernel stack).
SAVE_ALL //保存现场
中断处理过程中或中断返回前调用了schedule(),其中的switch_to做了关键的进程上下文切换
标号1之后开始运行用户态进程Y(这里Y曾经通过以上步骤被切换出去过因此可以从标号1继续执行)
已经变成Y进程上下文,真是 庄周做梦
restore_all //恢复现场
iret - pop cs:eip/ss:esp/eflags from kernel stack
继续运行用户态进程Y
进程间的 几种特殊情况
先普通 再特殊
通过中断处理过程中的调度时机,用户态进程与内核线程之间互相切换和内核线程之间互相切换,与最一般的情况非常类似,只是内核线程运行过程中发生中断没有进程用户态和内核态的转换;
2个内核线程之间切换,cs段没有改变我
用户进程和内核线程间切换
内核线程主动调用schedule(),只有进程上下文的切换,没有发生中断上下文的切换,与最一般的情况略简略;
没有发生中断,也就是没有int 指令和iret指令喔,
创建子进程的系统调用在子进程中的执行起点及返回用户态,如fork;
pre :parent next: child so next_ip=ret_from_fork ,不是switch_to中的标号1喔
加载一个新的可执行程序后返回到用户态的情况,如execve;
pre:parent
next:execve产生的进程(记住,execve也是系统调用)
联想start_thread(execve内部),里面有修改进程上下文的内容喔,所以以新的中断上下文返回
开眼界 内核 舞女
dancing girls vs Taxi girl
0-3g
3g-4g 内核态
如果每个进程都有自己的内核栈,如何切换?
原因是:内核态下(3G以上空间),各进程的代码段/堆栈段是可以统一访问的
借用老师的话:内核是taxi
内核是什么?
内核是各种中断处理过程和内核线程的集合! 精炼啊 大道至简 道法自然
Linux操作系统架构和系统执行过程概览
操作系统的基本概念
♦ 任何计算机系统都包含一个基本的程序集 合,称为操作系统。
– 内核(进程管理,进程调度,进程间通讯机 制,内存管理,中断异常处理,文件系统,I/O 系统,网络部分)
– 其他程序(例如函数库、shell程序、系统程序 等等)
♦ 操作系统的目的
– 与硬件交互,管理所有的硬件资源
– 为用户程序(应用程序)提供一个良好的执行 环境
典型的Linux操作系统的结构
围绕系统架构图
最简单也是最复杂的操作
ls 命令 就是 一讲! 不简单
有时间的话 可以看看strace
换个角度 cpu执行指令 +内存角度看
某种程度上说,
cpu执行指令的演示很精彩
后者就是在说进程地址空间
本章要求 理解进程调度时机跟踪分析进程调度与进程切换的过程
理解Linux系统中进程调度的时机,可以在内核代码中搜索schedule()函数,看都是哪里调用了schedule(),判断我们课程内容中的总结是否准确;
验证
使用gdb跟踪分析一个schedule()函数 ,验证您对Linux系统进程调度与进程切换过程的理解;推荐在实验楼Linux虚拟机环境下完成实验。
特别关注并仔细分析switch_to中的汇编代码,理解进程上下文的切换机制,以及与中断上下文切换的关系;
根据本周所学知识分析并理解Linux中进程调度与进程切换过程,撰写一篇署名博客,并在博客文章中注明“真实姓名(与最后申请证书的姓名务必一致) + 原创作品转载请注明出处 + 《Linux内核分析》MOOC课程http://mooc.study.163.com/course/USTC-1000029000 ”,博客内容的具体要求如下:
题目自拟,内容围绕对进程调度的时机和进程切换进行;
可以结合关键代码、实验截图、堆栈状态、CPU寄存器状态等;
博客内容中需要仔细分析进程的调度时机、switch_to及对应的堆栈状态等。
总结部分需要阐明自己对“Linux系统一般执行过程”的理解
其他
可以找到一个ppt 讲 switch_to ,看寄存器变化吗?
mykernel其实就是一个简化版本的switch
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