20135320赵瀚青LINUX期中总结

期中总结

心得与体会

本学期的LINUX内核这门课程已经进行了一半,这门课的学习方法和上个学期深入理解计算机系统的方式差不多,所以也没有特别多不适应,LINUX内核在我看来,就是理解一个操作系统是如何实现各个功能的,先从宏观上让我们理解一下,LINUX操作系统,然后再让我们看看各个功能实现的代码和过程,包括进程的创建,进程的中断,进程的调度等等,每一节的实验,基本都是让我们跟踪一个进程的实现过程。网课基本上已经结束了,以后的日子,老师会布置新的任务,希望在日后的学习中,能够学习到更加有用的知识,让我们对LINUX的内核有更深刻地了解。

课本内容总结

第一章-Linux内核简介

Unix的历史

  • 依旧被认为是最强大和最优秀的系统
  • 由一个失败的操作系统Multics中产生
  • 被移植到PDP-11型机中
  • 由其他组织进一步开发
  • 重写了虚拟内存系统,最终官方版本诞生

Linux简介

  • 是一个非商业化产品
  • LINUS是LINUX之父
  • LINUX内核也是公开软件

操作系统和内核简介

  • 用户界面是操作系统的外在表象,内核才是操作系统的内在核心。
  • 系统其他部分必须依靠内核这部分软件提供的服务,像管理硬件设备、分配系统资源等。
  • 当内核运行的时候,系统以内核态进入内核空间执行。而执行一个普通用户程序时,系统将以用户态进入以用户空间执行。

Linux内核和传统UNIX内核的比较

  • Unix内核 几乎毫无例外的都是一个不可分割的静态可执行块 。也就是说,它们必须以完整、单独的可执行块的形式在一个单独的地址空间中运行。
  • 单内核就是把它从整体上作为一个单独的大过程来实现,并同时运行在一个单独的地址空间。
  • 微内核的功能被划分为独立的过程,每个过程叫做一个服务器。
  • LINUX是单内核

第二章 从内核出发

获取内核源码 Git:下载和管理Linux内核源代码

获取最新提交到版本树的一个副本

$ git clone git://git.kernel.org/pub/scm/linux/kernel/git/torvalds/linux-2.6.git

下载代码后,更新自己的分支到最新分支

$ git pull

编译内核 配置内核——make与config

内核开发的特点

  • 无libc库抑或标准头文件
  • 没有内存保护机制
  • 不轻易在内核中使用浮点数
  • 容积小而固定的栈
  • 同步和并发
  • 可移植性

第五章 系统调用

  • 系统调用:用户程序在需要的时候,通过系统调用来使用硬件设备。

中间层:作用三个

1.为用户空间提供一种硬件的抽象接口;

2.保证系统稳定和安全;

3.除异常和陷入,是内核唯一的合法入口。

用系统调用号指明到底执行哪个系统调用。

由int $0x80指令触发128号软中断。内核在执行系统调用时处于进程上下文。

第十八章 调试

  • 内核中的bug:

引用空指针会产生一个oops;垃圾数据会导致系统崩溃。

定时限制和竞争条件都允许多个线程在内核中同时运行产生的结果。

oops

会向终端输出的内容:

  • 1.错误消息;
  • 2.寄存器中保存的信息;
  • 3.可供跟踪的回溯线索。

通过打印来调试:printk()函数任何时候地方都可以调用它。

内核调试配置选项:内核开发菜单项中,依赖CONFIG_DEBUG_KERNEL。

系统请求键:sysctl来标记该特性的开或关(需要启用时:echo 1 > /proc/sys/kernel/sysrq)

内核调试器:gdb vmlinux /proc/kcore

使用Git进行二分搜索

第三章 进程管理

fork创造的子进程复制了父进程资源,包括内存及进程描述符的内容,资源的复制而不是指针的复制。

vfork的行为更像一个线程(指没有自已独立的内存空间),更明显的是vfork的调用将挂起当前进程(即父进程)。

clone根据flag的不同可以实现不同的功能。

只要退出,最终都调用了do_exit。

第四章 进程调度

一、调度策略

进程类型

  • I/O消耗型进程:大部分时间用来提交I/O请求或是等待I/O请求,经常处于可运行状态,但运行时间短,等待请求过程时处于阻塞状态。如交互式程序。

  • 处理器消耗型进程:时间大都用在执行代码上,除非被抢占否则一直不停的运行。

  • 综合型:既是I/O消耗型又是处理器消耗型。

  • 调度策略要在:进程响应迅速(响应时间短)和最大系统利用率(高吞吐量)之间寻找平衡。

4.2 调度概念

  • 优先级:基于进程价值和对处理器时间需求进行进程分级的调度。

  • 时间片:表明进程被抢占前所能持续运行的时间,规定一个默认的时间片。时间片过长导致系统交互性的响应不好,

  • 程序并行性效果差;时间片太短增大进程切换带来的处理器耗时。矛盾!

  • 间片耗尽进程运行到期,暂时不可运行状态。直到所有进程时间片都耗尽,重新计算进程时间片。

  • Linux调度程序提高交互式程序优先级,提供较长时间片;实现动态调整优先级和时间片长度机制。

  • 进程抢占:Linux系统是抢占式,始终运行优先级高的进程。

策略

  • 决定调度程序在何时让进程运行。

I/O消耗型和处理器消耗型的进程

  • I/O消耗型:大多时间在提交或等待I/O请求。

  • 处理器消耗型:大多时间在执行代码。不属于I/O驱动类型。

进程优先级

  • 相同优先级按照轮转方式进行调度。

  • 调度程序总是选择时间片未用尽且优先级高的进程运行。

时间片

  • nice值作为权重将调整进程所使用的处理器时间使用比。

  • I/O消耗型:不需要长的时间片。

  • 处理器消耗型:需要越长越好的时间片。

调度策略的活动

文字编辑程序显然是 1/0 消耗型的,因为它大部分时间都在等待用户的键盘输入〈无论用户的输入速度有多快,都不可能赶上处理的速度λ 用户总是希望按下键系统就能马上响应。

视频编码程序是处理器消耗型的。

Linux调度算法

调度器类

以模块方式提供的,这样做的目的是允许不同类型的进程可以有针对性地选

择调度算哉。

Unix系统中的进程调度

公平调度

CFS的做怯是允许每个进程运行一段时间、循环轮转、选择运行最少的进程作为下一个运行进程,而不再采用分配给每个进程时间片的做法了,在所有可运行进程总数基础上计算出一个进程应该运行多久。 - -

nice 值在 CFS 中被

作为进程获得的处理器运行比的权重:越高的nice 值(越低的优先级)进程在得更低的处理器

使用权重。

可运行进程数量趋于无穷,每个最少也能获得 lms 的运行时间。

任何进程所获得的处理器时间是由它自己和其他所有可运行进程nice 值的相对差值决定的。

Linux调度的实现

时间记账

所有的调度器都必须对进程运行时间做记账。

CFS 使用调度器实体结构(定义在文件<linux/sched.h>的 struct_sched _entity 中)来追踪进程运行记账。

CFS 使用 vruntime 变量来记录一个程序到底运行了多长时间以及它还应该再运行多久。

定义在kemeVsched_fair.c 文件中的 update_curr()函数实现了该记账功能。

update_ currO 计算了当前进程的执行时间,并且将其存放在变量delta_exec 中,update_ curr()是囱系统定时器周期性调用。

调度器入口

主要入口点是函数schedule(),它定义在文件kemel/sched.c中。

睡眠和唤醒

睡眠:为了等待一些事件。

内核的操作都相同 2 进程把自己标记成休眠状态,从可执行红黑树中移出,放入等待队列,然后调用 schedule()选择和执行一个其他进程。

唤醒的过程刚好相反进程被设置为可执行状态,然后再从等待队列中移到可执行红黑树中。

用户抢占

  • 用户抢占在以下情况时产生:

  • 从系统调返回用户空间时;

  • 从中断处理程序返回用户空间时;

内核抢占

内核抢占会发生在:

中断处理程序正在执行,且返回内核空间之前
内核代码再一次具有可抢占性
如果内核中的任务显式地调用 schedule()
如果内核中的任务阻塞(这同样也会导敖调用 schedule()

实时调度策略

两种策略

SCHED_FIFO和 SCHED_RR

SCHED_FIFO 实现了一种简单的、先入先出的调度算怯

SCHED_RR 是带有时闹片的 SCHED_FIFO,一种实时轮流调度算挂.

4.8 与调度相关的系统调用

与调度策略和优先级相关的系统调用

sched_setparam()和sched__getparam()分别用于设置和获取进程的实时优先级

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