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编辑于 2021-09-02 21:22

深度剖析Linux内核四大核心框架

一、进程调度
1、task_struct结构在内存的存放与内核栈是不可分离。每个进程都有自己的内核栈。当进程从用户态进入内核时，CPU就自动地设置该进程的内核栈。也就是讲，CPU从任务状态段TSS中装入内核栈指针esp。

在lntel系统中，栈起始于末端，并朝这个内存区开始的方向增长。进程描述符存放在从0x018fa000开始的地址，只要把数据写进栈中，esp的值就递减。

图片说明

通过这个联合结构可以看出，内核栈系统规划占用8KB内存区。实际上进程task_struct结构所占的内存由内核动态分配的，更准确的讲，内核根本不给task_struct分配内存，而仅给内核栈分配8KB的内存。task_struct结构大小占用1K字节左右，内核栈的大小不能超7KB(对于内核栈完全足够)。

为何要将内核栈与task_struct放在一起有什么好处:

a. 内核可以方便而快速地找到这个结构;
b. 避免在创建进程时动态分配额外的内存;
c. task_struct结构的起始地址总是开始于页大小(page_size)的边界。

上面这段代码相当一组汇编指令(设置p是指向当前进程task_struct结构的指针)

movl $0xffffe000,%ecx
andl %esp,%ecx
movl %ecx,p

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2、内核线程

内核线程(thread)或叫守护进程(daemon)，在OS中占据相当大的比例，当Linux OS启动之后，尤其是Xwindows也启动之后，我们可以用ps命令查看系统中的进程，但我们会发现很多以'd'结尾的进程名，这些进程就是内核线程。
内核线程也可以叫做内核任务，它们周期性地执行，比如，磁盘高速缓存的刷新网络连通的维护，页面的换入换出等。

Linux OS内核线程与普通进程有本质的区别:

a. 内核线程执行的是内核中的函数，而普通进程只有通过系统调用才能够执行内核中的函数;
b. 内核线程只运行在内核戊，而普通进程既可以运行在用户态，也可以运行在内核态;
c. 因为内核线程指只运行在内核态，它只能使用大于PAGE_OFFSET(3G)的地址空间。另一个方面，不管在用户态还是内核态，普通进程可以使用4GB地址空间。

内核线程是由kernel_thread()函数的内核态下进行创建。系统中大部分的内核线程是在系统的启动过程中建立:的。

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3、Linux调度程序 ---> 基本原理及调度算法

调度的实质就是资源的分配，系统通过不同的调度算法来实现资源分配。非常优先的调度算法考虑因素:公平、高效、周转时间、响应时间、吞量。

调度算法:

a. 时间片轮转调度算法: 时间片(time slice)就是分配给进程运行的一段时间。
b. 优先权调度算法（非抢占式优先权算法、抢占式优先调度算法)
c. 多级反馈队列调度: 这种调度算法本质:综合时间片轮转调度和抢占式优先权调度的优点,优先权高的进程先运行给定的时间片，相同优先权的里程轮流进行给定时间片。
d. 实时调度(实时系统，就是系统对外部事件有求必应、尽快响应)。

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4、Linux进程何时调度

a. 进程状态转换的时刻:进程终止、进程睡眠;
b. 当前进程的时间片用完;
c. 设备驱动程序;
d. 进程从中断、异常、系统调用返回到用户态时。

二、内存管理

Intel 368的段机制和页机制是Linux实现虚拟存储管理的一种硬件平台。Linux内存管理主要体现在虚拟内存管理。虚拟内存管理功能:进程保护、内存映射、共享虚拟内存。
Linux虚拟内存结构见PDF文档。
实现虚拟内存组成模块，大部分代码放在/mm目录的。
因为每个进程可以通过系统调用进入内核，Linux内核由系统内的所有进程共享。

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