進程

Linux的進程調度

CFS 完全公平調度算法

權重和nice值

• 權重：權重越大，分配的時間比例越大，就相當于進程的優先級越高。$進程的時間=CPU總時間?進程的權重/就緒隊列所有進程權重之和$
• nice值：進程對外的編程接口中使用的是一個nice值，大小范圍是（-20～19），數值越小優先級越大，意味著權重值越大，nice值和權重之間可以轉換的。一個進程每降低一個nice值，就能多獲得10% 的CPU時間。1024權重對應nice值為0，被稱為NICE_0_LOAD。默認情況下，大多數進程的權重都是NICE_0_LOAD

虛擬時間

虛擬時間vruntime和實際時間（wtime）轉換公式如下：

$vruntime=wtime?(NICE\_0\_LOAD/weight)$?

CFS調度主要保證每個進程運行的虛擬時間一致即可。在選擇下一個即將運行的進程時，只需要找到虛擬時間最小的進程就行了

在運行隊列中用紅黑樹結構組織進程的調度實體，這里進程虛擬時間正是紅黑樹的key，這樣進程就以進程的虛擬時間被紅黑樹組織起來了。紅黑樹的最左子節點，就是虛擬時間最小的進程，隨著時間的推移進程會從紅黑樹的左邊跑到右，然后從右邊跑到左邊，

CFS調度進程

讓虛擬時間最小的進程最先運行， 一旦進程運行虛擬時間就會增加，最后盡量保證所有進程的虛擬時間相等，誰小了就要多運行，誰大了就要暫停運行。

僵尸進程及守護進程？

守護進程

守護進程就是在后臺運?，不與任何終端關聯的進程，?個守護進程的?進程是init進程通常情況下守護進程在系統啟動時就在運?，它們以root??運?，并能處理?些系統級的任務

孤?進程

如果?進程先退出，?進程還沒退出，那么?進程的?進程將變為init進程。（注：任何?個進程都必須有?進程）。孤?進程將被init進程(進程號為1)所收養，并由init進程對它們完成狀態收集?作。因此孤?進程并不會有什么危害

僵?進程

?進程??進程先結束，而?進程?沒有回收?進程，釋放?進程占?的資源，此時?進程將成為?個僵?進程。

?個進程在調?exit命令結束??的?命的時候，其實它并沒有真正的被銷毀， 而是留下?個稱為僵?進程（Zombie）的數據結構

在Linux進程的狀態中，僵?進程是?常特殊的?種，它已經放棄了?乎所有內存空間，沒有任何可執?代碼，也不能被調度，僅僅在進程列表中保留?個位置，記載該進程的退出狀態等信息供其他進程收集。

系統所能使?的進程號是有限的，如果?量的產?僵?進程，將因為沒有可?的進程號而導致系統不能產?新的進程。 此即為僵?進程的危害，應當避免。

??如何避免僵?進程？

• ?進程通過wait和waitpid等函數等待?進程結束，但是這會導致?進程掛起。

• 忽略SIGCHLD信號，這常?于并發服務器的性能的?個技巧

  因為并發服務器常常fork很多?進程，?進程終結之后需要服務器進程去wait清理資源。如果將此信號的處理?式設為忽略，可讓內核把僵??進程轉交給init進程去處理，省去了?量僵?進程占?系統資源。

• 如果?進程很忙可以?signal函數為SIGCHLD注冊handler信號處理函數，在信號處理函數調?wait/waitpid等待?進程退出。

• 通過兩次調?fork。?進程?先調?fork創建?個?進程然后waitpid等待?進程退出，?進程再fork?個孫進程后退出。這樣?進程退出后會被?進程等待回收，而對于孫?進程其?進程已經退出所以孫進程成為?個孤?進程，孤?進程由init進程接管，孫進程結束后，init會等待回收。

?進程結束后為什么要進?僵?狀態**?**

設置僵?進程的?的是維護?進程的信息，?進程可能要取得?進程的退出狀態等信息。這些信息?少包括進程ID，進程的終?狀態，以及該進程使?的CPU時間，當?進程調?wait或waitpid時就可以得到這些信息。

僵?狀態是每個?進程必經的狀態嗎？

是的。 任何?個?進程（init除外）在exit（）之后，并??上就消失掉，而是留下?個稱為僵?進程（Zombie）的數據結構，等待?進程處理。這是每個?進程在結束時都要經過的階段。如果?進程在exit（）之后，?進程沒有來得及處理，這時?ps -aux命令就能看到?進程的狀態是“Z”。如果?進程能及時 處理，可能?ps -aux命令就來不及看到?進程的僵?狀態，但這并不等于?進程不經過僵?狀態。

僵尸進程不能將它看成是一個正常的進程，這個進程已經死亡了，用戶區資源已經被釋放了，只是還占用著一些內核資源（PCB）。 僵尸進程就相當于是一副已經腐爛只剩下骨頭的尸體。

僵尸進程的出現是由于這個已死亡的進程的父進程不作為造成的。

消滅僵尸進程的方法是，殺死這個僵尸進程的父進程，這樣僵尸進程的資源就被系統回收了。通過kill -9 僵尸進程PID的方式是不能消滅僵尸進程的，這個命令只對活著的進程有效，僵尸進程已經死了，鞭尸是不能解決問題的。

上下文切換？

CPU上下文切換

根據任務的不同，CPU 的上下文切換就可以分為幾個不同的場景，也就是進程上下文切換、線程上下文切換以及中斷上下文切換。

系統調用

系統調用過程中，不會涉及到虛擬內存等進程用戶態的資源，也不會切換進程。

• 進程上下文切換，是指從一個進程切換到另一個進程運行。
• 而系統調用過程中一直是同一個進程在運行。

所以，系統調用過程通常稱為特權模式切換，而不是上下文切換。

進程上下文切換

進程是由內核來管理和調度的，進程的切換只能發生在內核態。所以，進程的上下文不僅包括了虛擬內存、棧、全局變量等用戶空間的資源，還包括了內核堆棧、寄存器等內核空間的狀態。

因此，進程的上下文切換就比系統調用時多了一步：在保存當前進程的內核狀態和CPU寄存器之前，需要先把該進程的虛擬內存、棧等保存下來；而加載了下一進程的內核態后，還需要刷新進程的虛擬內存和用戶棧。（與系統調用的區別？）

線程上下文切換

• 前后兩個線程屬于不同進程。此時，因為資源不共享，所以切換過程就跟進程上下文切換是一樣。
• 前后兩個線程屬于同一個進程。此時，因為虛擬內存是共享的，所以在切換時，虛擬內存這些資源就保持不動，只需要切換線程的私有數據、寄存器等不共享的數據。

中斷上下文切換

為了快速響應硬件的事件，中斷處理會打斷進程的正常調度和執行，轉而調用中斷處理程序，響應設備事件。而在打斷其他進程時，就需要將進程當前的狀態保存下來，這樣在中斷結束后，進程仍然可以從原來的狀態恢復運行。

• 中斷上下文切換并不涉及到進程的用戶態。

• 所以，即便中斷過程打斷了一個正處在用戶態的進程，也不需要保存和恢復這個進程的虛擬內存、全局變量等用戶態資源。

• 中斷上下文，其實只包括內核態中斷服務程序執行所必需的狀態，包括CPU 寄存器、內核堆棧、硬件中斷參數等。

• 對同一個 CPU 來說，中斷處理比進程擁有更高的優先級

• 進程上下文切換一樣，中斷上下文切換也需要消耗CPU

參考：
極客時間