1 进程切换 进程切换，又称为任务切换、上下文切换、或者任务调度。本文就研究Linux内核的进程切换。我们首先理解几个概念。...硬件上下文是进程执行上下文的一个子集，进程执行上下文包含进程执行所需要的所有信息。在Linux中，进程的硬件上下文一部分存储在进程描述符中，而其它部分存储在内核态的栈中。...但是，优化硬件上下文的切换是不可能的，因为都是由CPU完成的，而Linux是使用软件代替硬件上下文切换的，所以有优化的空间，以便提高执行时间。 进程切换只能发生在内核态。...尽管Linux不使用硬件上下文切换，但还是给每个不同CPU建立一个TSS。...2 执行进程切换 进程切换的时机： 中断处理程序中直接调用schedule()函数，实现进程调度。 内核线程，是一个特殊的进程，只有内核态没有用户态。
Linux 内核是开源类 Unix 系统宏内核。仅仅一个内核并不是一套完整的操作系统。有一套基于 Linux 内核的完整操作系统叫作 Linux 操作系统。...Kernel 是 Linux 系统的核心，主要负责硬件的支持。 Linux 内核提供了安全补丁， bugfix 和新特性。 Linux 内核在 GNU 通用公共许可证第 2 版之下发布。...Linux 的 Kernel 主要提供以下五个基本的功能 硬件管理以及硬件的抽象 进程和线程的管理，以及之间的通信 内存的管理，包括虚拟内存管理以及内存空间的包含 I/O 设备，包括文件系统，网络接口，...Linux 内核版本号的意义 Linux 内核版本号由 3 组数字组成：第一个组数字。第二组数字。第三组数字 第一个组数字：目前发布的内核主版本。...Linux Mint 那么在 Update Manager 中，选择 View -> Linux Kernels 可以查看当前安装的版本和正在使用的版本，或者选择安装新的版本切换。
罗军 + 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 进程调度的时机 （1）进程状态转换的时刻...标记调用schedule()，此时发生了用户抢占 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 进程切换的一般过程 （1）正在运行的用户态进程X （2）发生中断——save cs:eip/esp/...stack （8）继续运行用户态进程Y 进程上下文信息 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） 进程切换源码结构...]\n\t" /* save ESP */ \//保存当前的栈顶 "movl %[next_sp],%%esp\n\t" /* restore ESP */ \//这里实现内核堆栈的切换
作者简介 韩传华，就职于南京大鱼半导体有限公司，主要从事linux相关系统软件开发工作，负责Soc芯片BringUp及系统软件开发，乐于分享喜欢学习，喜欢专研Linux内核源代码。...本文主要关注进程管理的一个切入点，那就是进程的上下文切换，来理解linux内核是如何进程进程上下文切换的，从而揭开上下文切换的神秘面纱。...（注意：本文以linux-5.0内核源码讲解，采用arm64架构） １．进程上下文的概念 进程上下文是进程执行活动全过程的静态描述。...实际上linux内核中，进程上下文包括进程的虚拟地址空间和硬件上下文。...->switch_to //处理器状态切换 ２.1 进程地址空间切换 进程地址空间指的是进程所拥有的虚拟地址空间，而这个地址空间是假的，是linux内核通过数据结构来描述出来的，从而使得每一个进程都感觉到自己拥有整个内存的假象
文章目录 简介 执行线程 两种虚拟机制 进程描述符与任务队列 PID 进程状态转化图 进程级联 进程创建过程 写时拷贝 fork() 线程在Linux中的实现 clone参数标志 内核线程 进程终结 删除进程描述符...进程状态转化图 进程级联 Linux进程之间存在一个明显的继承关系。所有的进程都是PID为1的init进程的后代。内核在系统启动的最后阶段启动init进程。...从内核的角度来说，它并没有线程这个概念。Linux把所有的线程都当作进程来实现。内核并没有准备特别的调度算法或是定义特别的数据结构来表征线程。相反，线程仅仅被视为一个使用某些共享资源的进程。...它们只在内核空间运行，从来不切换到用户空间。内核进程和普通进程一样，可以被调度，也可以被抢占。 Linux确实会把一些任务交给内核线程去做，像pdflush和ksofirqd这 些任务就是明显的例子。...●调用exit_notify()向父进程发送信号，将子进程的父进程重新设置为线程组中的其他线程或init进程，并把进程状态设成TASK_ZOMBIE. ●最后，调用schedule()切换到其他进程。
文章目录 前言 I/O消耗型与处理器消耗性 进程优先级 时间片 进程抢占 前言 调度程序没有太复杂的原理。最大限度地利用处理器时间的原则是，只要有可以执行的进程，那么就总会有进程正在执行。...Linux 提供了抢占式的多任务模式。在此模式下，由调度程序来决定什么时候停止一个进程的运行以便其他进程能够得到执行机会。这个强制的挂起动作就叫抢占(preemption)。...在包括Linux在内的某些系统中，优先级高的进程使用的时间片也较长。调度程序总是选择时间片未用尽面且优先级最高的进程运行。用户和系统都可以通过设置进程的优先级来影响系统的调度。...时间片太短会明显增大进程切换带来的处理器耗时，因为肯定会有相当一部分系统时间用在进程切换上，而这些进程能够用来运行的时间片却很短。...进程抢占 像前面所说的，Linux 系统是抢占式的。当-个进程进入TASK_RUNNING状态，内核会检查它的优先级是否高于当前正在执行的进程。
在Linux内核中，进程又称为任务（task），进程的虚拟地址空间可以分为用户虚拟地址空间和内核虚拟地址空间，所有进程共享内核虚拟地址空间，又各自拥有独立的用户虚拟地址空间。...C语言标准库进程和Linux的内核进程称呼有所区别，对应关系如下： C标准库...Linux内核 包括多个线程的进程 线程组 只有一个线程的进程...图片 Linux内核提供了一组宏值来表示进程的状态： TASK_RUNNING（可运行状态或就绪状态）；Linux并没有严格区分运行态或就绪态，统一为TASK_RUNNING...限期进程是指必须在一定时间内要完成的进程。其余的非限期进程的实时进程也是需要在一定时间内完成，但不是那么急需。 Linux不支持硬实时处理，至少在主流的内核中不支持。
最好具备一些Linux编程的基础，比如，如何打开一个文件；如何读写一个文件；如何关闭一个文件等等。 什么是Page Cache？ Page Cache到底是属于内核还是属于用户？...红色的地方就是Page Cache，Page Cache是内核管理的内存，它属于内核。...怎么观察Page Cache 在Linux上直接查看Page Cache的方式： /proc/meminfo free /proc/vmstat 命令 内容其实是一致的。...因Buffers更依赖于内核实现，在不同内核版本它的含义可能不一，而等式右边和应用程序的关系更直接，分析等式右边。...所以，如果你不想为了很细致地管理内存而增加应用程序的复杂度，那你还是乖乖使用内核管理的Page Cache，它是ROI(投入产出比)相对较高的一个方案。
系统调用机制是使用了操作系统为用户特别开放的一个中断来实现，如 Linux 的 int 80h 中断。...异常：如果当前进程运行在用户态，如果这个时候发生了异常事件，会触发由当前运行进程切换到处理此异常的内核相关进程中 外围设备中断：外围设备完成用户请求的操作之后，会向CPU发出中断信号，这时CPU会转去处理对应的中断处理程序...首先要同意这个说法，即I/O会导致系统调用，从而导致内核态和用户态之间的切换。因为对I/O设备的操作是发生在内核态。那如何减少因为I/O导致的系统调用呢？答案是：使用户进程缓冲区。...内核缓存区 当一个用户进程要从磁盘读取数据时，内核一般不直接读磁盘，而是将内核缓冲区中的数据复制到进程缓冲区中。...read是把数据从内核缓冲区复制到进程缓冲区。write是把进程缓冲区复制到内核缓冲区。
优先级与调度策略： 在内核中，肯定不能对所有的进程一视同仁，有的进程需要优先运行，有的进程需要运行更长的时间 为了更好地实现进程调度，每个进程都有自己的优先级和调度策略 所谓优先级，就是表示这个进程的重要性...想一想，进程调度其实是一个非常复杂的问题，想使用一种算法来实现良好的进程调度是不可能的，Linux内核实现了好几种调度算法。...表示该进程采用哪种调度策略，内核提供了以下几种调度策略policy 表示该进程采用哪种调度策略，内核提供了以下几种调度策略： #define SCHED_NORMAL 0 #define SCHED_FIFO...1 #define SCHED_RR 2 #define SCHED_BATCH 3 #define SCHED_IDLE 5 #define SCHED_DEADLINE 6 Linux...表示普通进程的调度策略，内核大多数进程都属于普通进程，普通进程使用完全公平调度算法实现调度 SCHED_BATCH：是用于非交互，CPU使用密集的批处理进程，它和普通进程都是使用完全公平调度算法来实现。
本篇文章讲解Linux如何管理进程，进程调度是怎么转起来的，为了实现进程调度维护了哪些数据结构，实现了哪些算法 至于一个进程如何实现抢占，进程调度的时机等细节将放到后面的文章讲解 二、进程调度整体框架...： 在设计到内核具体的代码之前，我先来给你讲解一下进程调度的大体框架，让你明白进程调度是怎么转起来的，在你明白每一个部分的含义之后，再深入讲解内核的实现 操作系统管理非常多的进程，这些进程当前可能处于可运行状态或者睡眠状态...进程调度解决的是当前应该运行哪一个进程，它关心的对象是当前可运行状态的进程，内核为了管理这些可运行的进程，准备了一个运行队列，如下图所示 对于多CPU处理器，每一个CPU都有属于它的运行队列 我们将CPU...很明显，这一部分需要具体的调度算法来实现，Linux将调度算法的实现抽象成调度类 在滴答定时器的中断处理中，通过调度类去实现相应的计算，然后判断current进程是否需要被抢占，如果需要被抢占，那么就在...current进程设置需要重新调度的标志，如下图所示： 实时上，Linux内核的调度类不仅仅只有一个，因为内核同时实现了多种调度算法，但是我们这里强调总体框架，暂不讨论这里细节问题 到此，进程切换的第一步设置
：创建旧进程的副本，比如进程描述符和子进程运行需要的其它内核数据结构。...在未来的某个进程切换时间点上，调度器把子进程描述符中的thread成员中的值加载到CPU上，赋予子进程CPU的使用权。...esp寄存器加载thread.esp的值（也就是获取了子进程的内核态栈的地址），eip寄存器加载ret_from_fork()函数的返回地址（子进程执行的下一条指令）。...ret_from_fork()是一个汇编函数，它调用schedule_tail()，继而调用finish_task_switch()函数，完成进程切换，然后把栈上的值加载到寄存器中，强迫CPU进入用户模式...创建完进程的4要素之后，把新进程的最开始执行的指令设置到eip寄存器即可。然后就是等待内核调度。当轮到新进程使用CPU的时候，就从eip寄存器开始执行。
//idle指向空闲内核线程, stop指向迁移内核线程 struct task_struct *curr, *idle, *stop; ...... } 三个调度队列： struct cfs_rq...抢占可分为内核态抢占和用户态抢占 用户态抢占 ret_to_user是系统调用，异常触发，中断处理完成后都会调用的函数。 ? 内核态抢占 ?...重点是其中的两个函数，一个是选择需要切换任务的 pick_next_task，另外一个是完成进程上下文切换 context_switch。...关于选择task的策略涉及到不同的调度类，等我们讲到具体调度器的时候再展开，这里重点讲下上下文切换的函数 context_switch，进程上下文切换主要涉及到两部分主要过程：进程地址空间切换和处理器状态切换...完成了这一步，也就完成了进程的地址空间切换，确切的说是进程的虚拟地址空间切换。 寄存器状态切换 ?
会话和进程组 进程组：进程组是多个进程的集合, 接收同一个终端的各类信号信息。进程调用setpgid(pid, pgid)可以加入一个现有的进程组或者创建一个新的进程组。...进程组长（头部进程）：每个进程组都有一个进程组ID, 每个进程组都有一个组长(头部进程), 在大部分系统中, 进程组ID一般就是头部进程ID。获得一个进程所在的进程组ID用getpgid(pid)。...子进程继承了父进程的进程组ID，不过它有自己的进程ID，这就保证了子进程不是一个进程组的头部进程 Step.3 调用setsid( )，给守护进程创建一个新的进程组和会话，使当前进程成为新进程组的头部进程...1); fprintf(fp, "%d", i); i++; } fclose(fp); return (0); } 运行结果： 常用的Linux...查询被进程ID对应的进程打开的文件：lsof -p 1000 查看进程内存情况：pmap PID 样例： 参考阅读： 《UNIX环境高级编程第3版》 《Linux C++ 通信架构实战》 《UNIX
进程属于Linux操作系统非常重要的一部分，建议大家在熟练掌握Linux进程相关概念的基础上，再观看本篇博客 一.进程切换 1.进程特性 竞争性: 系统进程数目众多，而CPU资源只有少量，甚至...并行: 多个进程在多个CPU下分别，同时进行运行，这称之为并行; 并发: 多个进程在一个CPU下采用进程切换的方式，在一段时间之内，让多个进程都得以推进，称之为并发. 2.进程切换 1.进程切换的现象...日常使用的电脑大部分都是单核的，即同一时间仅执行一个进程。那为什么在电脑上可以同时打开多个软件呢？这就跟进程切换有关了。...2.HOME:指定用户的主工作目录（即用户登录到Linux系统时，默认的目录）。 3.SHELL:当前的shell,通常/bin/bash。...总结 进程切换 系统中存在很多的进程，这些进程都是按照时间片来回切换的，只是切换的时间非常短，造成了一个进程一直在运行的假象。
系统调用 这是用户态进程主动要求切换到内核态的一种方式，用户态进程通过系统调用申请使用操作系统提供的服务程序完成工作，比如前例中fork()实际上就是执行了一个创建新进程的系统调用。...而系统调用的机制其核心还是使用了操作系统为用户特别开放的一个中断来实现，例如Linux的int 80h中断。...2.异常 当CPU在执行运行在用户态下的程序时，发生了某些事先不可知的异常，这时会触发由当前运行进程切换到处理此异常的内核相关程序中，也就转到了内核态，比如缺页异常。...关于中断处理机制的细节和步骤这里也不做过多分析，涉及到由用户态切换到内核态的步骤主要包括： 1.从当前进程的描述符中提取其内核栈的ss0及esp0信息。...2.使用ss0和esp0指向的内核栈将当前进程的cs,eip,eflags,ss,esp信息保存起来，这个过程也完成了由用户栈到内核栈的切换过程，同时保存了z暂停执行的程序的下一条指令。
如果对进程优先级还有没理解的地方可以先阅读： Linux进程优先级 本篇主要内容： 进程间的切换 Linux进程调度队列 命令行参数 了解环境变量---- 1....进程间的切换 在之前我们提到过CPU在调度进程时，每一个进程不是占有CPU就一直运行，每隔一段时间，自动被从CPU上剥离下来，因此必定会有进程与进程之间的切换！...事实上：进程在切换时会不断对自己的数据进行保存和恢复，保存是保存寄存器中的数据，而不是寄存器本身,并且这些数据会被保存到进程的PCB里面 进程在进行高并发运行时，是通过多个进程间来回快速的切换，在一个时间段内...Linux进程调度队列 下图是Linux2.6内核中进程队列的数据结构，之间关系也已经给大家画出来，方便大家理解，而我们主要讲的就是两个小框，也就是活跃进程和过期进程 2.1 活跃队列 在LInux...总结 本篇我们主要了解了以下知识：进程间的切换，Linux进程调度队列，命令行参数，环境变量，当然环境变量我们还只接触到了它的冰山一角，还有很多知识等待着我们发掘！让我们下篇了解剩下的几个环境变量！
这一篇有区别于上一篇的“信号量”机制哈 平台的手机版对排版的支持有限，建议用电脑打开此文章 一，Linux信号的概念： 信号是 Linux 进程间通信的最古老的方式。...在Linux终端上敲“Ctrl+c”，就产生一个“中断”，相当于产生一个信号，接着就会处理这个“中断任务”（默认的处理方式为结束掉当前进程） 2.信号可以直接进行用户空间进程和内核空间进程的交互，内核进程可以利用它来通知用户空间进程发生了哪些系统事件...SIGCHLD， Linux中当子进程结束时，子进程并未被完全销毁，因为父进程还要用它的信息。...这些情况通常由硬件检测到，并通知内核，然后内核产生适当的信号发送给相应的进程。 c) 软件异常将产生信号。 当检测到某种软件条件已发生(如：定时器alarm)，并将其通知有关进程时，产生信号。...Linux中可能有不同的行为。
本文是《Linux内核设计与实现》第四章的阅读笔记，代码则是摘自最新的4.6版本linux源码(github)，转载请注明出处。...上下文切换 上下文切换是指从一个可执行进程切换到另一个可执行进程。...简单来说有以下两种情况会发生用户抢占： 从系统调用返回用户空间 从中断处理程序返回用户空间 内核抢占 Linux和其他大部分的Unix变体操作系统不同的是，它支持完整的内核抢占。...在Linux中，只要重新调度是安全的，内核就可以在任何时间抢占正在执行的任务，这个安全是指，只要没有持有锁，就可以进行抢占。...为了支持内核抢占，Linux做出了如下的变动： 为每个进程的引入了计数器，用于记录持有锁的数量，当它为0的时候就意味着这个进程是可以被抢占的。
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