[linux]进程（三）——idle进程

时间：2021-07-27 06:18:45

9，linux进程切换

进程切换：
基本概念：
进程上下文：当一个进程在执行时,CPU的所有寄存器中的值、进程的状态以及堆栈中的内容被称为该进程的上下文。当内核需要切换到另一个进程时，它需要保存当前进程的所有状态，即保存当前进程的上下文，运行于进程上下文的进程是可以被抢占的。
硬件上下文：进程恢复执行前必须载入寄存器的一组数据称为硬件上下文
linux内核在进程切换的时候是并不区分进程和线程的~因为切换是针对task,
进程切换的时机：一般是在系统调用或者中断的时候，发生在内核态。
进程切换过程：
进程切换统一发生在schedule()函数中，核心函数是context_switch()函数，代码位置：kernel/kernel/sched/Core.c文件，以ARM为基础讲解linux进程的切换：linux进程切换过程，schedule()函数代码分析：schedule()代码分析 schedule代码分析二


10，idle进程

idle进程的概念：
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，每个处理器单元有独立的一个运行队列，而每个运行队列上又有一个idle进程，即有多少处理器单元，就有多少idle进程。系统的空闲时间，其实就是指idle进程的"运行时间"。idle进程pid==o，也就是init_task.


idle进程的创建：
vmlinux的入口是arch/arm/kernel/head.S,（关注ENTRY（stext）的位置）入口地址可以从kernel/arch/arm/kernel/vmlinux.lds.S得知文件，在该汇编文件中为pid为0的原始进程设置了执行环境，包括先禁止MMU，内核刚开始是用物理地址的，禁止I-Cache和D-Cache,然后读取RO,R1，R2，然后原是进程开始执行start_kernel()完成Linux内核的初始化工作。包括初始化页表，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: 创建init进程（pid==1）的函数如下：
kernel_thread(kernel_init, NULL, CLONE_FS | CLONE_SIGHAND);
pid为1的init进程，它会继续完成剩下的初始化工作，然后execve(/sbin/init), 成为系统中的其他所有进程的祖先，pid为0的idle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;init在演变成/sbin/init之前，会执行一部分初始化工作，其中一个就是 smp_prepare_cpus()，初始化SMP处理器，在这过程中会在处理每个从处理器时调用 task = copy_process(CLONE_VM, 0, idle_regs(&regs), 0, NULL, NULL, 0); init_idle(task, cpu);
 
idle进程的运行时机：
idle进程优先级为MAX_PRIO，即最低优先级。早先版本中，idle是参与调度的，所以将其优先级设为最低，当没有其他进程可以运行时，才会调度执行idle，而目前的版本中idle并不在运行队列中参与调度，而是在运行队列结构中含idle指针，指向idle进程，在调度器发现运行队列为空的时候运行，调入运行  


idle进程到底做了什么：
idle进程最终调用了cpu_idle()函数

process.c
void cpu_idle(void)
{
    ......
    /* endless idle loop with no priority at all */
    while (1) {
        ......
        while (!need_resched()) {
            if (cpu_is_offline(smp_processor_id())) {
                tick_set_cpu_plugoff_flag(1);
                cpu_die(); /* plugoff CPU */
            }
            ......
            if (cpuidle_idle_call())
                pm_idle(); /* 进入低电 */
        }
        ......
        schedule_preempt_disabled(); /* 调用schedule() */
    }
}


补充：linux kernel的启动流程
当嵌入式设备从uboot跳转到kernel的时候，首先运行的是kernel的自解压程序，linux内核在编译后是以压缩文件形式存在，路径是kernel/out/arch/arm/boot/zImage
zImage里的代码和数据是如何存放的，答：根据out/arch/arm/boot/compressed/vmlinux.lds文件，如果要修改代码段和数据段位置也需要修改该链接脚本。
kernel init的基本流程如下：
     .stext 
      start_kernel() 
      rest_init() 
      kernel_init() 

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