分析linux內(nèi)核的idle的知識(shí)

作者：佚名 2009-12-11 15:10:22

Linux系統(tǒng)越來(lái)越受到電腦用戶的歡迎，于是很多人開(kāi)始學(xué)習(xí)Linux時(shí)，學(xué)習(xí)linux，你可能會(huì)遇到linux內(nèi)核問(wèn)題，這里將介紹linux內(nèi)核中idle知識(shí)，在這里拿出來(lái)和大家分享一下。

1. idle是什么
簡(jiǎn)單的說(shuō)idle是一個(gè)進(jìn)程，其pid號(hào)為 0。其前身是系統(tǒng)創(chuàng)建的第一個(gè)進(jìn)程，也是唯一一個(gè)沒(méi)有通過(guò)fork()產(chǎn)生的進(jìn)程。在smp系統(tǒng)中，每個(gè)處理器單元有獨(dú)立的一個(gè)運(yùn)行隊(duì)列，而每個(gè)運(yùn)行隊(duì)列上又有一個(gè)idle進(jìn)程，即有多少處理器單元，就有多少idle進(jìn)程。系統(tǒng)的空閑時(shí)間，其實(shí)就是指idle進(jìn)程的"運(yùn)行時(shí)間"。既然是idle是進(jìn)程，那我們來(lái)看看idle是如何被創(chuàng)建，又具體做了哪些事情？

2. idle的創(chuàng)建
我們知道系統(tǒng)是從BIOS加電自檢，載入MBR中的引導(dǎo)程序(LILO/GRUB),再加載linux內(nèi)核開(kāi)始運(yùn)行的，一直到指定shell開(kāi)始運(yùn)行告一段落，這時(shí)用戶開(kāi)始操作Linux。而大致是在vmlinux的入口startup_32(head.S)中為pid號(hào)為0的原始進(jìn)程設(shè)置了執(zhí)行環(huán)境，然后原是進(jìn)程開(kāi)始執(zhí)行start_kernel()完成Linux內(nèi)核的初始化工作。包括初始化頁(yè)表，初始化中斷向量表，初始化系統(tǒng)時(shí)間等。繼而調(diào)用 fork(),創(chuàng)建第一個(gè)用戶進(jìn)程:
kernel_thread(kernel_init, NULL, CLONE_FS | CLONE_SIGHAND);

這個(gè)進(jìn)程就是著名的pid為1的init進(jìn)程，它會(huì)繼續(xù)完成剩下的初始化工作，然后execve(/sbin/init), 成為系統(tǒng)中的其他所有進(jìn)程的祖先。關(guān)于init我們這次先不研究，回過(guò)頭來(lái)看pid=0的進(jìn)程，在創(chuàng)建了init進(jìn)程后，pid=0的進(jìn)程調(diào)用 cpu_idle()演變成了idle進(jìn)程。

current_thread_info()->status |= TS_POLLING;

在 smp系統(tǒng)中，除了上面剛才我們講的主處理器(執(zhí)行初始化工作的處理器)上idle進(jìn)程的創(chuàng)建，還有從處理器(被主處理器activate的處理器)上的idle進(jìn)程，他們又是怎么創(chuàng)建的呢？接著看init進(jìn)程，init在演變成/sbin/init之前，會(huì)執(zhí)行一部分初始化工作，其中一個(gè)就是 smp_prepare_cpus()，初始化SMP處理器，在這過(guò)程中會(huì)在處理每個(gè)從處理器時(shí)調(diào)用
task = copy_process(CLONE_VM, 0, idle_regs(&regs), 0, NULL, NULL, 0);
init_idle(task, cpu);
即從init中復(fù)制出一個(gè)進(jìn)程，并把它初始化為idle進(jìn)程(pid仍然為0)。從處理器上的idle進(jìn)程會(huì)進(jìn)行一些Activate工作，然后執(zhí)行cpu_idle()。

整個(gè)過(guò)程簡(jiǎn)單的說(shuō)就是，原始進(jìn)程(pid=0)創(chuàng)建init進(jìn)程(pid=1),然后演化成idle進(jìn)程(pid=0)。init進(jìn)程為每個(gè)從處理器(運(yùn)行隊(duì)列)創(chuàng)建出一個(gè)idle進(jìn)程(pid=0)，然后演化成/sbin/init。

3. idle的運(yùn)行時(shí)機(jī)
idle 進(jìn)程優(yōu)先級(jí)為MAX_PRIO，即最低優(yōu)先級(jí)。早先版本中，idle是參與調(diào)度的，所以將其優(yōu)先級(jí)設(shè)為最低，當(dāng)沒(méi)有其他進(jìn)程可以運(yùn)行時(shí)，才會(huì)調(diào)度執(zhí)行idle。而目前的版本中idle并不在運(yùn)行隊(duì)列中參與調(diào)度，而是在運(yùn)行隊(duì)列結(jié)構(gòu)中含idle指針，指向idle進(jìn)程，在調(diào)度器發(fā)現(xiàn)運(yùn)行隊(duì)列為空的時(shí)候運(yùn)行，調(diào)入運(yùn)行。

4. idle的workload
從上面的分析我們可以看出，idle在系統(tǒng)沒(méi)有其他就緒的進(jìn)程可執(zhí)行的時(shí)候才會(huì)被調(diào)度。不管是主處理器，還是從處理器，最后都是執(zhí)行的cpu_idle()函數(shù)。所以我們來(lái)看看cpu_idle做了什么事情。
因?yàn)閕dle進(jìn)程中并不執(zhí)行什么有意義的任務(wù)，所以通常考慮的是兩點(diǎn)：1.節(jié)能，2.低退出延遲。
其核心代碼如下：

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();  
 }  
}

循環(huán)判斷need_resched以降低退出延遲，用idle()來(lái)節(jié)能。
默認(rèn)的idle實(shí)現(xiàn)是hlt指令，hlt指令使CPU處于暫停狀態(tài)，等待硬件中斷發(fā)生的時(shí)候恢復(fù)，從而達(dá)到節(jié)能的目的。即從處理器C0態(tài)變到C1態(tài)(見(jiàn) ACPI標(biāo)準(zhǔn))。這也是早些年windows平臺(tái)上各種"處理器降溫"工具的主要手段。當(dāng)然idle也可以是在別的ACPI或者APM模塊中定義的，甚至是自定義的一個(gè)idle(比如說(shuō)nop)。

小結(jié):
1.idle是一個(gè)進(jìn)程，其pid為0。
2.主處理器上的idle由原始進(jìn)程(pid=0)演變而來(lái)。從處理器上的idle由init進(jìn)程fork得到，但是它們的pid都為0。
3.Idle進(jìn)程為最低優(yōu)先級(jí)，且不參與調(diào)度，只是在運(yùn)行隊(duì)列為空的時(shí)候才被調(diào)度。
4.Idle循環(huán)等待need_resched置位。默認(rèn)使用hlt節(jié)能。

希望通過(guò)本文你能全面了解linux內(nèi)核中idle知識(shí)。

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