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Linux內核的idle進程分析

意義 pro init 簡單的 不執行 由於 有一個 kernel idle

1. idle是什麽

簡單的說idle是一個進程,其pid號為 0。其前身是系統創建的第一個進程。也是唯一一個沒有通過fork()產生的進程。

在smp系統中,每一個處理器單元有獨立的一個執行隊列,而每一個執行隊列上又有一個idle進程,即有多少處理器單元。就有多少idle進程。

系統的空暇時間,事實上就是指idle進程的"執行時間"。既然是idle是進程。那我們來看看idle是怎樣被創建,又詳細做了哪些事情?

2. idle的創建
我們知道系統是從BIOS加電自檢,載入MBR中的引導程序(LILO/GRUB),再載入linux內核開始執行的,一直到指定shell開始執行告一段落,這時用戶開始操作Linux。

而大致是在vmlinux的入口
startup_32(head.S)中為pid號為0的原始進程設置了運行環境,然後原是進程開始運行start_kernel()完畢Linux內核的初始化工作。

包含初始化頁表,初始化中斷向量表,初始化系統時間等。繼而調用 fork(),創建第一個用戶進程:
kernel_thread(kernel_init, NULL, CLONE_FS | CLONE_SIGHAND); 這個進程就是著名的pid為1的init進程,它會繼續完畢剩下的初始化工作,然後execve(/sbin/init), 成為系統中的其它全部進程的祖先。關於init我們這次先不研究,回過頭來看pid=0的進程,在創建了init進程後,pid=0的進程調用 cpu_idle()演變成了idle進程。

current_thread_info()->status |= TS_POLLING;
在 smp系統中。除了上面剛才我們講的主處理器(運行初始化工作的處理器)上idle進程的創建,還有從處理器(被主處理器activate的處理器)上的idle進程,他們又是怎麽創建的呢?接著看init進程,init在演變成/sbin/init之前,會運行一部分初始化工作,當中一個就是 smp_prepare_cpus(),初始化SMP處理器,在這過程中會在處理每一個從處理器時調用
task = copy_process(CLONE_VM, 0, idle_regs(&regs), 0, NULL, NULL, 0);
init_idle(task, cpu);
即從init中復制出一個進程,並把它初始化為idle進程(pid仍然為0)。從處理器上的idle進程會進行一些Activate工作,然後運行cpu_idle()。
整個過程簡單的說就是,原始進程(pid=0)創建init進程(pid=1),然後演化成idle進程(pid=0)。init進程為每一個從處理器(執行隊列)創建出一個idle進程(pid=0)。然後演化成/sbin/init。



3. idle的執行時機
idle 進程優先級為MAX_PRIO,即最低優先級。

早先版本號中,idle是參

與調度的。所以將其優先級設為最低。當沒有其它進程能夠執行時,才會調度執行idle。而眼下的版本號中idle並不在執行隊列中參與調度,而是在執行隊列結構中含idle指針,指向idle進程,在調度器發現執行隊列為空的時候執行,調入執行。

4. idle的workload 從上面的分析我們能夠看出,idle在系統沒有其它就緒的進程可執行的時候才會被調度。無論是主處理器。還是從處理器,最後都是執行的cpu_idle()函數。所以我們來看看cpu_idle做了什麽事情。 由於idle進程中並不執行什麽有意義的任務,所以通常考慮的是兩點:1.節能,2.低退出延遲。

其核心代碼例如以下: void cpu_idle(void) { int cpu = smp_processor_id(); current_thread_info()->status |= TS_POLLING; /* endless idle loop with no priority at all */ while (1) { tick_nohz_stop_sched_tick(1); while (!need_resched()) {

check_pgt_cache(); rmb();
if (rcu_pending(cpu)) rcu_check_callbacks(cpu, 0); if (cpu_is_offline(cpu)) play_dead();
local_irq_disable();
__get_cpu_var(irq_stat).idle_timestamp = jiffies; /* Don‘t trace irqs off for idle */ stop_critical_timings(); pm_idle();
start_critical_timings(); }
tick_nohz_restart_sched_tick(); preempt_enable_no_resched(); schedule(); preempt_disable(); } }

循環推斷need_resched以減少退出延遲,用idle()來節能。 默認的idle實現是hlt指令。hlt指令使CPU處於暫停狀態,等待硬件中斷發生的時候恢復,從而達到節能的目的。

即從處理器C0態變到C1態(見 ACPI標準)。這也是早些年windows平臺上各種"處理器降溫"工具的主要手段。當然idle也能夠是在別的ACPI或者APM模塊中定義的,甚至是自己定義的一個idle(比方說nop)。

小結:
1.idle是一個進程,其pid為0。
2.主處理器上的idle由原始進程(pid=0)演變而來。從處理器上的idle由init進程fork得到,可是它們的pid都為0。
3.Idle進程為最低優先級。且不參與調度。僅僅是在執行隊列為空的時候才被調度。
4.Idle循環等待need_resched置位。默認使用hlt節能。


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