第9章linux系统(编辑修改稿)

第9章linux系统(编辑修改稿)内容摘要：

程唤醒 进程唤醒的主要步骤 ① 当进程状态设置为 TASK_INTERRUPTIBLE，则由信号唤醒进程， 这是所谓的伪唤醒 (不是直接由所等待的事件唤醒 )，因此需要检 查并处理信号。 ② 若检查条件为真 (所等待的事件发生 )，转 ④ ；若条件不为真，转进 程调度 schdule()。 ③ 当进程被唤醒时 (因事件发生 )，检查条件是否为真，若为真转 ④ ； 否则转进程调度 schdule()。 ④ 当条件满足时，进程状态设置为 TASK_RUNNING，并将该进程 移出等待队列。 ⑤ 该函数将进程状态设置为 TASK_RUNNING，再将此进程加入到 可执行队列。 若被唤醒进程的优先级比当前正在运行的进程的优 先级高，设置 need_resched标志。 Linux系统 —— Linux系统的进程管理 Linux系统的 进程调度 Linux系统 —— Linux系统的进程调度 40 1. Linux进程调度目标和特点 进程调度程序是内核的组成部分，负责选择下一个要运 行的进程。 进程调度可看作在可运行态进程之间分配有限的处理器 时间资源的内核子系统。 进程调度程序是如 Linux这样的多任务操作系统的基础。 (1) Linux进程调度策略 ① 基于动态优先级和可变时间的调度 ② 调度方式为可抢占式调度 Linux系统 —— Linux系统的进程调度 41 (2) 调度目标 ① 实现算法复杂度为 O(1)级的调度 ⅰ 进程调度算法保证在恒定的时间内完成 ⅱ 算法执行时间与系统中处于就绪 (可运行 )状态的进程个 数无关 ② 提高交互性能 提高交互性能，保证系统能快速响应 ③ 保证公平 ⅰ 在合理设定的时间范围内，没有进程会出现饥饿状态 ⅱ 也不会有进程获得大量的时间片 ④ 实现 SMP可扩展性 Linux系统 —— Linux系统的进程调度 42 (3) I/O消耗型和处理器消耗型的进程 ① I/O消耗型进程 大部分时间是使用外部设备，交互式进程具有此特征。 ② 处理器消耗型进程 大部分时间是使用 CPU，计算进程具有此特征。 交互式的程序都是 I/O消耗型的。 Linux为了保证交互式应用，优化了进程的响应，更倾向 于优先调度 I/O消耗型进程，但并未忽略处理器消耗型程 序。 Linux系统 —— Linux系统的进程调度 43 (4) 进程调度的特点 ① Linux系统实现了基于进程过去行为的启发式算法； ② Linux系统选择优先级高的进程先运行，相同优先级的进 程按循环方式调度； ③ 动态优先级依进程占有 CPU的情况、休眠时间的长短来 增、减 ； ④ 系统根据进程优先级调整分配给它的时间片； ⑤ 实施可抢占调度方式 Linux系统 —— Linux系统的进程调度 44 2. 可变优先级 (1) 基于优先级的调度 优先级高的进程先运行，低的后运行，相同优先级的进程 按轮转方式进行调度。 (2) 静态优先级 ① 静态优先级的确定 在进程创建时，新创建的进程继承 父进程的静态优先级 ② 静态优先级的取值范围 100 (最高优先级 )  139 (最低 优先级 )，取值越小，优先级越高。 ③ 静态优先级的改变 用户可以通过系统调用改变 nice值， 从而改变自己拥有的静态优先级。 Linux系统 —— Linux系统的进程调度 45 (3) 动态优先级 ① 每个进程有一个动态优先级 它是进程调度程序选择可运 行进程所使用的参数，其取值范围是 100 (最高优先级 )  139 (最低优先级 ) ② 动态优先级的计算 动态优先级 = max(100， min(静态优先级－ bonus + 5， 139)) bonus是范围 0 ～ 10的值， 值小于 5表示降低动态优先级以示惩罚 值大于 5表示增加动态优先级以示奖励 进程调度使用的是动态优先级，通过 effective_prio( )函数 来计算一个进程的动态优先级。 Linux系统 —— Linux系统的进程调度 46 (4) 确定 I/O消耗型和处理器消耗型进程的方法 ① 依据 —— 进程睡眠时间的长短 若进程睡眠时间长 —— I/O消耗型 若进程睡眠时间短 —— 处理器消耗型 ② 方法 Linux记录进程睡眠和执行时间 (存放在 task_struct的 sleep_avg域中 )，范围： 0 ～ MAX_SLEEP_AVG，默认值 为 10ms ⅰ 当 进程从开始休眠到要恢复执行这一时间内 sleep_avg 增加，直到达到 MAX_SLEEP_AVG为止； ⅱ 进程每执行一个时钟节拍， sleep_avg递减直到 0为止。 Linux系统 —— Linux系统的进程调度 47 ③ 进程休眠时间与 bonus值的关系 平均休眠时间 bonus值 大于或等于 0， 小于 100ms 0 大于或等于 100，小于 200ms 1 大于或等于 200，小于 300ms 2 大于或等于 300，小于 400ms 3 大于或等于 400，小于 500ms 4 大于或等于 500，小于 600ms 5 大于或等于 600，小于 700ms 6 大于或等于 700，小于 800ms 7 大于或等于 800，小于 900ms 8 大于或等于 900，小于 1000ms 9 大于 1s 10 Linux系统 —— Linux系统的进程调度 48 3. 可变时间片 (1) Linux系统的进程调度的目标 ① 对交互式进程，系统提供较长的时间片 ② 调度程序根据进程的优先级动态调整分配给它的时间片 Linux系统 —— Linux系统的进程调度 (2) 时间片的计算 ① 基本时间片 静态优先级本质上决定了进程的基本时间片 (140 －静态优先级 ) 20 若静态优先级 ＜ 120 (140 －静态优先级 ) 5 若静态优先级 ≥ 120 静态优先级越高 (值越小 )，基本时间片越长。 基本时间片 = 49 表 普通进程的静态优先级和基本时间片的典型值 说明 静态优先级 nice值 基本时间片 最高静态优先级 100 20 800ms 高静态优先级 110 10 600ms 缺省静态优先级 120 0 100ms 低静态优先级 130 +10 50ms 最低静态优先级 139 +19 5ms 初始创建的进程 父进程的值 父进程的值 父进程的一半 Linux系统 —— Linux系统的进程调度 更高的优先级 更高的交互性 更低的优先级 更低的交互性 最小 5ms 默认 100ms 最大 800ms 进程静态优先级与基本时间片的关系图 50 (3) 时间片处理的时机 ① 创建新进程时的处理 新创建的子进程和父进程均分父进程剩余的时间片 ② 进程用完时间片时的处理 ⅰ 当一个进程的时间片用完时，依任务的动态优先级重 新计算时间片； ⅱ task_timeslice()函数为给定任务返回一个新的时间片。 Linux系统 —— Linux系统的进程调度 ② 可变时间片 当一个进程的时间片用完时，根据进程的动态优先级重新 计算时间片。 51 (4) 时间片的使用 ① 一个进程拥有的时间片可分多次使用，放弃 CPU时进 入活动队列 ② 当一个进程的时间片耗尽时，认为是过期进程，进入过 期队列 Linux系统 —— Linux系统的进程调度 52 (5) 活动队列和过期队列 每个处理器维护两个优先级数组 —— 活动数组和过期数组 ① 活动数组上的可执行队列中的进程都有剩余时间片 ② 过期数组上的可执行队列中的进程都已耗尽时间片 当一个进程的时间片耗尽时，被移至过期队列中； 当活动数组上的可执行队列中的所有进程都已耗尽时时间 片，这时，在活动数组和过期数组之间切换指针。 Linux系统 —— Linux系统的进程调度 53 4. Linux进程调度算法中使用的数据结构 (1) 可执行队列 (runqueue结构 ) 可执行队列是给定处理机上的可执行进程链表 runqueue结构 类型 名称 说明 spinlock_t lock 保护进程链表的自旋锁    prio_array_t *active 指向活动进程链表的指针 prio_array_t *expired 指向过期进程链表的指针 prio_array_t[2] arrays 活动进程和过期进程的两个集合    Linux系统 —— Linux系统的进程调度 54 (2) 优先级数组 优先级数组是 prio_array 类型的结构体，该数组描述了可 运行进程的集合，包括 ① 140个双向链表头 (每个链表对应一个优先级队列 ) ② 一个进程优先级位图 ③ 该数组所包含的进程总数 struct prio_array { int nr_active。 /* 任务数目 */ unsigned bitmap[BITMAP_SIZE]。 /* 优先级位图 */ struct list_head queue[MAX_PRIO]。 /*优先级队列 */ } Linux系统 —— Linux系统的进程调度 55 ④ 优先级数组图示  *active *expired arrays[0] arrays[1]   task。