Linux内核的idle进程分析
1. idle是什么
简单的说idle是一个进程,其pid号为 0。其前身是系统创建的第一个进程。也是唯一一个没有通过fork()产生的进程。
在smp系统中,每一个处理器单元有独立的一个执行队列,而每一个执行队列上又有一个idle进程,即有多少处理器单元。就有多少idle进程。
系统的空暇时间,事实上就是指idle进程的"执行时间"。既然是idle是进程。那我们来看看idle是怎样被创建,又详细做了哪些事情?
2. idle的创建
我们知道系统是从BIOS加电自检,载入MBR中的引导程序(LILO/GRUB),再载入linux内核開始执行的,一直到指定shell開始执行告一段落,这时用户開始操作Linux。
而大致是在vmlinux的入口
startup_32(head.S)中为pid号为0的原始进程设置了运行环境,然后原是进程開始运行start_kernel()完毕Linux内核的初始化工作。
包含初始化页表,初始化中断向量表,初始化系统时间等。继而调用 fork(),创建第一个用户进程:
kernel_thread(kernel_init, NULL, CLONE_FS | CLONE_SIGHAND); 这个进程就是著名的pid为1的init进程,它会继续完毕剩下的初始化工作,然后execve(/sbin/init), 成为系统中的其它全部进程的祖先。关于init我们这次先不研究,回过头来看pid=0的进程,在创建了init进程后,pid=0的进程调用 cpu_idle()演变成了idle进程。
current_thread_info()->status |= TS_POLLING;
在 smp系统中。除了上面刚才我们讲的主处理器(运行初始化工作的处理器)上idle进程的创建,还有从处理器(被主处理器activate的处理器)上的idle进程,他们又是怎么创建的呢?接着看init进程,init在演变成/sbin/init之前,会运行一部分初始化工作,当中一个就是 smp_prepare_cpus(),初始化SMP处理器,在这过程中会在处理每一个从处理器时调用
task = copy_process(CLONE_VM, 0, idle_regs(®s), 0, NULL, NULL, 0);
init_idle(task, cpu);
即从init中复制出一个进程,并把它初始化为idle进程(pid仍然为0)。从处理器上的idle进程会进行一些Activate工作,然后运行cpu_idle()。
整个过程简单的说就是,原始进程(pid=0)创建init进程(pid=1),然后演化成idle进程(pid=0)。init进程为每一个从处理器(执行队列)创建出一个idle进程(pid=0)。然后演化成/sbin/init。
3. idle的执行时机
idle 进程优先级为MAX_PRIO,即最低优先级。
早先版本号中,idle是參
与调度的。所以将其优先级设为最低。当没有其它进程能够执行时,才会调度执行idle。而眼下的版本号中idle并不在执行队列中參与调度,而是在执行队列结构中含idle指针,指向idle进程,在调度器发现执行队列为空的时候执行,调入执行。
4. idle的workload 从上面的分析我们能够看出,idle在系统没有其它就绪的进程可执行的时候才会被调度。无论是主处理器。还是从处理器,最后都是执行的cpu_idle()函数。所以我们来看看cpu_idle做了什么事情。 由于idle进程中并不执行什么有意义的任务,所以通常考虑的是两点:1.节能,2.低退出延迟。
其核心代码例如以下: 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(); } }
循环推断need_resched以减少退出延迟,用idle()来节能。 默认的idle实现是hlt指令。hlt指令使CPU处于暂停状态,等待硬件中断发生的时候恢复,从而达到节能的目的。
即从处理器C0态变到C1态(见 ACPI标准)。这也是早些年windows平台上各种"处理器降温"工具的主要手段。当然idle也能够是在别的ACPI或者APM模块中定义的,甚至是自己定义的一个idle(比方说nop)。
小结:
1.idle是一个进程,其pid为0。
2.主处理器上的idle由原始进程(pid=0)演变而来。从处理器上的idle由init进程fork得到,可是它们的pid都为0。
3.Idle进程为最低优先级。且不參与调度。仅仅是在执行队列为空的时候才被调度。
4.Idle循环等待need_resched置位。默认使用hlt节能。
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