淺析Linux中的進(jìn)程和中斷

1、進(jìn)程和進(jìn)程調(diào)度1.進(jìn)程1.1什么是進(jìn)程正在執(zhí)行的程序代碼的實時結(jié)果，即處于執(zhí)行期的程序及相關(guān)資源。系統(tǒng)進(jìn)行資源分配和調(diào)度的基本單元Linux系統(tǒng)中的進(jìn)程：交互式進(jìn)程shell命令進(jìn)程、文本編輯器批處理進(jìn)程編譯實時進(jìn)程視頻應(yīng)用程序1.2 Linux下的進(jìn)程結(jié)構(gòu)內(nèi)核將所有進(jìn)程存放在進(jìn)程鏈表，鏈表的每一項的類型為task_struct 這個類型就稱為進(jìn)程描述符，一個進(jìn)程描述符包含了具體進(jìn)程的所有信息，包 括進(jìn)程的狀態(tài)、進(jìn)程標(biāo)識值、進(jìn)程間的關(guān)系、打開的文件信息等進(jìn)程標(biāo)識內(nèi)核通過唯一的進(jìn)程標(biāo)識值PID來標(biāo)識每一個來標(biāo)志每一個進(jìn)程PID存放在進(jìn)程描述符中g(shù)etpid()獲得當(dāng)前進(jìn)程的進(jìn)程號getppid(

2、)獲得當(dāng)前進(jìn)程的父進(jìn)程號進(jìn)程的狀態(tài)TASK_RUNNINGTASK_INTERRUPTIBLETASK_UNINTERRUPTIBLETASK_TRACEDTASKSTOPPED運(yùn)行狀態(tài)(運(yùn)行就緒、正在運(yùn)行)可中斷的阻塞狀態(tài)不可中斷的阻塞狀態(tài)跟蹤狀態(tài)暫停狀態(tài)設(shè)置當(dāng)前進(jìn)程的狀態(tài)：set_current_state(current,state);進(jìn)程家族樹：-Linux系統(tǒng)的進(jìn)程之間存在繼承關(guān)系，所有的進(jìn)程都是PID為1 的init進(jìn)程的后代，內(nèi)核在系統(tǒng)啟動的最后階段啟動init進(jìn)程。Linux下進(jìn)程的創(chuàng)建和終止創(chuàng)建fork()拷貝當(dāng)前進(jìn)程創(chuàng)建一個子進(jìn)程exec()讀取可執(zhí)行文件并將其載入地址空間

3、開始運(yùn)行其中，fork()使用寫時復(fù)制技術(shù)，避免拷貝大量用不到的數(shù)據(jù)，使系統(tǒng)具有 快速執(zhí)行能力終止do_exit()釋放與進(jìn)程相關(guān)的資源，進(jìn)程僵死不可運(yùn)行，處于退出狀態(tài)但仍保留了進(jìn)程描述符，此時進(jìn)程的存在只為父進(jìn)程能獲得它的信息wait()終止進(jìn)程，占用的所有資源被釋放Linux下的進(jìn)程調(diào)度1.進(jìn)程的優(yōu)先級Linux采用兩種不同的優(yōu)先級范圍1) nice值-20+19默認(rèn)值為0值越大優(yōu)先級越低F SUIDPIDPPIDCPRINI ADDR SZWCHANTTYTIMECMD4 S0100800 -917polls700：；00init1 S0200800 -0kthrea700：kthrea

4、dd1 S0320800 -0runks700：ksoftirqd/O1 S0620*-0cpust700：頂1migration/05 S0720*-0watchd700：watchdog/01 S0820*-0cpust700：migration/11 S01020800 -0runks700：ksoftirqd/11 S01120800 -0worker700：JOO：103kworker/0:15 S01220*-0watchd700：watchdog/11 S0132060-況-0rescue700：cpuset1 S0142060-況-0rescue7 00：khelper5 S2

5、)3若時優(yōu)先級o可配19 0-99B3值越大高3；00kdevtmpfsPID PPID RTPRIDTIMECOMMAND0-00:00:00/sbin/init0-00:00:00kthreadd2-90:00:00ksoftirqd/O29900:09:01migration/29900:00:09watchdog/O29900:00:00mtgration/12-00:00:00ksoftirqd/12-00:00:03kworker/0:1內(nèi)核將進(jìn)程分為兩個級別:?普通進(jìn)程和 E先級都高于普甬進(jìn)程耳實時優(yōu)先級和Jnice 14 L - 加：河 khHpb2-時間片進(jìn)程被搶占前持續(xù)運(yùn)行

6、的時間時間片過長系統(tǒng)對交互響應(yīng)表現(xiàn)欠佳時間片過短明顯增大進(jìn)程切換帶來的處理器耗時Linux的CFS調(diào)度器并沒有直接分配時間片到進(jìn)程，而是劃分了處理器的 使用比，它還會受到nice值得影響3. Linux下的進(jìn)程調(diào)度Linux的調(diào)度器類主要實現(xiàn)兩類進(jìn)程調(diào)度算法：實時調(diào)度算法和完全公平調(diào)度算法(CFS)對實時進(jìn)程的調(diào)度按優(yōu)先級執(zhí)行，一般不會被搶占。直到實時進(jìn)程執(zhí)行完，才會執(zhí)行普通進(jìn)程。如果有多個可執(zhí)行狀態(tài)的同優(yōu)先級的實時進(jìn)程，有兩種調(diào)度策略：SCHED_FIFO先進(jìn)先出SHED_RR輪轉(zhuǎn)調(diào)度 內(nèi)核為實時進(jìn)程分配時間片 完全公平調(diào)度算法Completely Fair SchedulerCFS完全公平

7、調(diào)度針對普通進(jìn)程的調(diào)度類CFS基于一個簡單的理念：所有任務(wù)都應(yīng)該公平的分配處理器。理 想情況下，n個進(jìn)程的調(diào)度系統(tǒng)中，每個進(jìn)程獲得1/n處理器時間CFS使用vruntime變量記錄一個進(jìn)程運(yùn)行多長時間以及還應(yīng)該再運(yùn) 行多久，它是一個通過優(yōu)先級和系統(tǒng)負(fù)載等加權(quán)過的時間，nice值在 CFS中被作為進(jìn)程獲得的處理器運(yùn)行比的權(quán)重，越低的nice值(越高的 優(yōu)先級)進(jìn)程獲得更多的處理器使用權(quán)重CFS在所有可運(yùn)行進(jìn)程總數(shù)基礎(chǔ)上計算出一個進(jìn)程應(yīng)該運(yùn)行多久可運(yùn)行進(jìn)程數(shù)量趨于無限時，處理器使用比趨于0，為此CFS引入 了每個進(jìn)程時間片底線，稱為最小粒度，默認(rèn)為1msCFS就是通過追蹤這個vruntime來進(jìn)行

8、任務(wù)調(diào)度，CFS選擇具有最 小vruntime值的進(jìn)程作為下一個可執(zhí)行進(jìn)程，用紅黑樹來組織調(diào)度實體，而鍵 值就是vruntime。在每個tick中斷的時候，會更新進(jìn)程的信息，并檢查這個紅 黑樹，判斷某些進(jìn)程是不是要被替換掉。那么CFS只要選擇最左葉子節(jié)點作為 下一個可執(zhí)行進(jìn)程即可。實際上CFS緩存了最左葉子，可以直接選取left_most 葉子_pick_next_entity()二：中斷和中斷處理2.1什么是中斷硬件在需要的時候向內(nèi)核發(fā)出信號由于處理器的速度遠(yuǎn)大于外圍硬件設(shè)備的速度，內(nèi)核可以線處理其它事 物，等到硬件真正完成請求再對該請求進(jìn)行處理2.2中斷處理的上半部和下半部為了讓中斷處理既

9、運(yùn)行的快，又完成多工作量，中斷 處理程序從概念上分 為上半部分(top half)和下半部分(bottom half)，內(nèi)核把上半部和下半部分開處 理。上半部一一登記中斷中斷處理程序收到一個中斷，它就立即開始執(zhí)行，但只做有嚴(yán)格時間限制 的工作，如對中斷的應(yīng)答和拷貝數(shù)據(jù)等，應(yīng)該盡量減少上半部的工作量，此時完全屏蔽中斷，要求快速，否則其它 中斷得不到處理下半部一一可以推遲處理的部分執(zhí)行與中斷處理密切相關(guān)但上半部分本身不執(zhí)行的工作，允許被稍后完成2.3注冊中斷處理程序每一設(shè)備都有相關(guān)的驅(qū)動程序，如果設(shè)備使用中斷，相應(yīng)的驅(qū)動程序就需 要注冊一個中斷處理程序驅(qū)動程序通過request_irq()函數(shù)注冊

10、一個中斷處理程序，并且激活給定的中 斷線intrequest_irq(unsigned int irq, irq_handler_thandler,unsigned long flags,const char *name,void *dev)irq要分配的中斷號handler指針，指向處理這個中斷的實際中斷處理程序typedef irqreturn_t (*irq_handler_t) (int,void *)flags中斷處理的標(biāo)志RQF_DISABLED內(nèi)核在處理中斷處理程序期間，禁止所有其它中斷IRQF_SAMPLE_RANDOM中斷對內(nèi)核熵池有貢獻(xiàn) 內(nèi)核熵池-負(fù)責(zé)提 供從各種隨機(jī)事件導(dǎo)

11、出的真正隨機(jī)數(shù)IRQF_TIMER系統(tǒng)定時器的中斷處理IRQF_SHARED 在多個中斷處理程序之間共享中斷線name與中斷相關(guān)的設(shè)備的ASCII文本表示dev對于共享的中斷線，提供唯一的標(biāo)志信息區(qū)分共享同一中斷處理程序的多個設(shè)備，支持共享.函數(shù)返回0表示成功執(zhí)行，返回非0表示有錯誤2.4中斷處理程序編寫中斷處理程序return_t intr_handler(int irq, void *dev)返回類型irqreturn_tIRQ_NONE不是指定的設(shè)備產(chǎn)生的中斷IRQ_HANDLED被正確調(diào)用對于共享的中斷處理程序：flags 必須設(shè)置為 IRQF_SHARED對每個注冊的中斷處壬理程序，

12、dev參數(shù)唯一(可以使用指向設(shè)備結(jié)構(gòu)的指針)釋放中斷處理程序 void free_irq(unsigned int irq,void *dev)2.5 /proc/interrupts該文件存放系統(tǒng)中與中斷相關(guān)的統(tǒng)計信息CPU。CPU10：673514115 lO-APIC-edgetimer1:14949 lO-APIC-edge180428：10 IO-APIC-edgertcO9：219207 10-APIC-fasteoi acpi10：00 lO-APIC-edgeite-cir12：62491235 lO-APIC-edge1804216：488419 IO-APIC-fasteo

13、i uhcl_hcd:usb3, nncO, flrewlreohc1, jmb38x_ms:slot0,nouveau, sndhdaintel18：7477 IO-APIC-fasteoi uhcihcd:usb819：18182042 10-APIC-fasteoi ehclhcd:usbl, uhci hcd:usb5, uhcL_hcd:usb721：00 IO-APIC-fasteoi uhcihcd:usb423：17252541 10-APIC-fasteoi ehclhcd:usb2, uhci hcd:usb647：65785619 PCI-MSI-edgeahci48：3

14、48541077 PCI-MSI-edgeiwlwifi49：列是中斷第1PC三列【是接接數(shù)d_的值tel對斷的中斷1控制器，2FC愜I ed卵PthO2.6中斷的控制函 數(shù)說 明local _irq_disable()禁止本地中斷侍遞local_irq_enable()激活本地中斷傳遞local_irq_save()保存本地中斷傳遞的當(dāng)前狀態(tài)，然后禁止本地中斷傳遞local_irq_restore()恢復(fù)本地中斷傳追到給定的狀態(tài)disablc_ir(i()禁止給定中斷線，井確保該函數(shù)返回之前在該中斷線上沒有處理程序在運(yùn)行disable ir(Lnosync()禁止給定中斷線enable_inqO激活繪定中斷線irqs_disabled()如果本地中斷傳遞被禁止，5W返回非0；否則返回0