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Linux进程切换以及内核线程的返回值
阅读量:751 次
发布时间:2019-03-23

本文共 1490 字,大约阅读时间需要 4 分钟。

Linux 进程切换机制的一ateral Journey

Linux 实现了一个基于单点切换的进程调度机制,这种设计使得系统能够在复杂的进程管理中保持高效。进程切换的核心逻辑集中在 switch_to 宏中,而不是分散在各个无关地方。这种集中化的设计大大简化了代码的复杂性。

switch_to 宏中,内核通过一系列汇编指令在不同进程之间切换。这个过程包括保存当前进程的寄存器状态(如 espeip),然后将调用 __switch_to 函数,这是一个接近内核栈的跳转操作。这个设计巧妙地利用了内核栈,使得切换进程时局部变量的状态不会干扰到其他进程的执行。

switch_toret_from_fork

在分析 switch_to 宏之前,我们需要理解其背后的功能:进程切换可以是由于进程主动让出CPU,或者由于调度队列中的其他进程需要执行。对于前者,进程主动调用 schedule 函数,切换当前进程(current)为队列中的下一个进程;对于后者,schedule 会处理调度事件,并调用 finish_task_switch,之后切换到下一个进程。

然而,当我们谈论进程创建时,ret_from_fork 函数起到了关键作用。这是一个系统调用,它处理针对新进程的切换逻辑。ret_from_fork 的起点是 pushl %eax%eax 中存储的是切换出去的进程(prev)。然后它调用 schedule_tail,这一步骤中,finish_task_switch 会完成切换后的善后工作,并将 prev 释放。

finish_task_switch 和 schedule_tail

finish_task_switch 中的逻辑决定了进程切换的完整性。这一函数处理切换过程中的善后工作,比如更新某些内存和调度队列的状态。特别是,它还会判断当前进程是否已经退出(`prev--退出了,那么它不会在调度队列中重复处理)。

进程切换的关键点在于,所有内核调度逻辑都通过 schedule 函数进行管理,而 ret_from_forkswitch_to 是进程切换的两个主要入口点。

内核线程的启动与管理

内核线程的创建与普通用户进程不同。Linux 使用了一种伪造的方法来模拟用户进程的创建方式。此外,内核线程不会像用户进程那样等待 fork 返回值,而是直接运行任务。这种设计使得内核线程的创建更加高效,因为它们直接从内核栈切换,而不使用用户栈。

在创建内核线程时,系统伪造了一个用户进程的内存结构(struct pt_regs),并将该结构传递给 do_fork。这样,内核系统调用器能够正确地处理切换逻辑,就像用户进程一样。然而,这种伪造并不会导致内核线程继承所有的用户进程属性,只是表面上看起来像这样。实际上,它们使用了不同的内存管理机制和页表结构。

tlbLazy 模式下的内存管理

TLB懒惰模式(lazy_tlb)是内核在多处理器系统中优化内存访问的一种策略。在这种模式下,当 CPU 上有一个进程切换到旁边的 CPU 时,内核不会立即刷新 TLB,而是将该 TLB 状态标记为懒惰模式。这种设计减少了交错时的开销,但也带来了额外的复杂性。

总结

通过 switch_toret_from_fork 两种切换方式,Linux 实现了一个高效且统一的进程调度机制。内核线程的创建则借用了用户进程的机制,但通过伪造的内存结构确保了其高效运行。这种设计充分体现了 Linux 内核的简洁与高效,同时为其复杂的调度逻辑提供了坚实的基础。

转载地址:http://ehkzk.baihongyu.com/

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