发表于: 2019-01-03 19:55:17 | 已被阅读: 23 | 分类于: Linux笔记
		

前面几节，我们一起学习了操作系统中的核心概念——

进程 ，讨论了 linux 内核是如何记录这些进程信息（task_struct结构体）的，以及 linux 内核如何查找这些信息（thread_info 结构体）。还知道了 linux 中的进程是如何被创建的（clone），以及进程死亡后，它的遗产是如何被处理的。 从本节开始，我们一起来学习 linux 是如何管理进程的。

稍微有些计算机常识的人都知道，即使是单核 cpu 的计算机，无论是 windows，还是 linux 系统，内存中运行的常常也都不止一个程序。打开 windows 的任务管理器，就可以看到有几十个进程在内存中运行。

在 linux 中输入 ps -A 命令，也可以看到几十个进程在内存中运行。 按理说，单核的 cpu 同时只能执行一个进程，那为何这些进程可以同时运行呢？

单核 cpu 当然同时只能执行一个进程，但是因为操作系统能够管理进程，让诸多进程有条不紊的

交替执行 ，这一交替过程非常快，所以给我们的感觉就是多个进程“同时运行着”。事实上，不仅是单核 cpu，只要系统中可运行的进程数目比 cpu 的数目多，就注定某一个时刻有进程不能运行。而操作系统就负责合理安排 cpu 的使用，让这些可运行的进程有机会运行。

能够合理安排多个进程共享cpu的操作系统，常常被称作“多任务操作系统”，这类系统一般会划分为两类：一种是抢占式多任务系统，一种是非抢占式多任务系统。我们更关心的 linux 提供了抢占式多任务模式，因此 linux 内核有能力强制挂起某个正在运行的进程，并改让其他进程运行，被强制挂起的进程被迫让出cpu的使用权，看起来就好像自己的财产被“抢占”了一样。

大多数抢占式多任务操作系统，一般会为进程预先设定好可执行时间，这一“可执行时间”常常被称作

时间片 ，系统通过管理各个进程的时间片，即可从全局角度作出诸多进程的 cpu 使用安排，这样做还有一点好处，就是可以避免某一进程独享 cpu，导致系统崩溃。不过，linux 与一般的操作系统不太一样，它的管理方式有些“独一无二”，在之后的介绍中，我们将一起看到这点。

对于非抢占式多任务操作系统，它们无法强制剥夺进程对 cpu 的占用，只能依靠进程主动让出 cpu。然而，这种模式下，操作系统无法对诸多进程的运行时间做出协调，可能会导致进程A每运行10秒钟，进程B才能运行1ms。而且，一旦某个进程未能成功让出 cpu，可能整个系统就崩溃了。

操作系统中的任务可以简要的分为

IO密集型 和 计算密集型 两种。IO密集型任务大多数时候都在等待或者提交 IO 请求，因此这种类型的任务实际上需要占用 cpu 很少的运算能力，它更多的时间是处于被阻塞状态。

计算密集型任务则是占用 cpu 运算能力的大头。因为没有阻塞，所以这类任务一旦获取 cpu 的使用权，就会毫不停歇地疯狂计算。例如图像处理算法，以及科学研究者常用的 matlab 等一些需要执行大量数学计算的任务，就是典型的计算密集型任务。

操作系统在为进程分配 cpu 使用权的时候，就要充分考虑这两种情况。一方面，用户使用键盘或者鼠标输入的时候，系统要尽可能快的做出响应，另一方面，系统还要尽可能的为计算密集型任务分配更多的 cpu 使用权，这样其实是矛盾的。

多数操作系统，是通过分配给 IO 密集型任务更高的优先级和更多时间片来调和上述矛盾的。但是，由于 IO 密集型任务常常处于阻塞状态，往往会消耗大量时间片，这就会造成 cpu 的使用效率不高。因此，linux 采用了另外一种设计——分配 cpu 的使用比。

在 linux 系统中，假设分配给键盘处理程序（IO密集型）和视频数据处理程序（计算密集型）均 50% 的使用比，在用户敲击一次键盘之后，linux 立刻处理了这一输入，接着又立刻进入休眠，把 cpu 使用权让给视频处理程序，视频处理程序疯狂的使用 cpu 进行计算。这时，用户又敲击了一次键盘，因为键盘处理程序还没有消耗完 linux 分配给它的 50% 的 cpu 使用比，所以 linux 内核立刻调度键盘处理程序处理这次输入，而让视频处理程序在键盘处理程序再次阻塞时运行。这样，系统就既能快速响应 IO 密集型任务，又能尽可能的把 IO 密集型任务阻塞时的 cpu 让给计算密集型任务运行。