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“Linux下进程的模式与类型“笔记

alsk0017 于 2018-3-27 19:06 发表在 [技术分享] [复制链接]

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本帖最后由 alsk0017 于 2018-3-28 10:10 编辑

Linux系统中包括下面几种类型的进程。
(1)交互进程。由一个Shell启动进程。既可以在前台运行,也可以在后台运行。
(2)处理进程。这种进程和终端没有联系,它是被提交到一个队列中的进程序列。
(3)守护进程。又称为监控进程,是Linux系统启动时开始执行的进程,在后台运行。

交互式进程的定义:进程需要和用户进行交互,花大量的时间等待键盘输入和鼠标操作,一旦进程接受到输入,必须被尽快唤醒。通常来说,平均延迟时间是在50-150ms之间。被内核认定为交互式进程的好处:
(1)可以提升进程的动态优先级;
(2)当进程的时间片使用完毕后,调度程序仍然将该进程放到active运行队列末尾,而不是放到expired队列中。这样就可以保证交互式进程如果处在就绪队列中,能够有很高的优先级先被执行,反映在用户层面即有很快的响应速度。

1与交互式进程识别相关的变量和函数

1.1与交互式进程判别相关的变量与交互式进程判别相关的变量有:prio:动态优先级;static-prio:静态优先级;sleep-avg:平均睡眠时间;bonus:红利;state:进程状态;time-slice:时间片;sleep-type:睡眠类型;sleep-time:进程阻塞时的睡眠时间;run-time:进程占用CPU的时间。

1.2与交互式进程判别相关的函数与交互式进程判别相关的函数有:
(1)do-fork:创建一个新进程,其prio、static-prios、leep-avg都延续父进程的值,其time-slice为父进程time-slice的一半。进程创建完毕后被放入active运行队列末尾。
(2)每当系统时钟的一个tick产生时,调用scheduler-tick()函数,将time-slice减1,如果time-slice等于0时,调用effective-prio函数重新计算动态优先级(见动态优先级的计算公式),调用task-timeslice重新计算时间片,然后调用TASK-INTERACTIVE来判断进程是否是交互式进程(见交互式进程的判别公式),如果是则重新添加到active队列末尾,否则将进程添加到expired队列末尾。
(3)schedule函数计算当前进程的run-time,即当前进程这次占用CPU的时间,然后计算sleep-avg(见平均睡眠时间的计算方法),接着将当前进程切换出CPU,在进程优先级位图中查找优先级最高的进程,判断该进程上次睡眠是否是交互式睡眠,如果是则重新计算优先级recalc-task-prio,然后调入CPU运行。
(4)当进程由于等待资源而进入阻塞队列,当资源满足的时候,系统通过中断或者信号处理程序调用try-wake-up函数将该阻塞的进程放入运行队列,在放入运行队列之前,要对该进程计算本次睡眠时间,根据本次睡眠时间重新计算该进程的sleep-avg(见平均睡眠时间的计算方法)和动态优先级。然后根据计算出的动态优先级决定进入active中对应的优先级队列。计算进程是否是交互式进程,以及进程能够进入active中的哪个级别的优先级队列和这4种情况密切相关。下面具体分析各个参数的计算方法。图1 sleep-avg和bonus的关系

守护进程(Daemon Process),也就是通常说的 Daemon 进程(精灵进程),是 Linux 中的后台服务进程。它是一个生存期较长的进程,通常独立于控制终端并且周期性地执行某种任务或等待处理某些发生的事件。

守护进程是个特殊的孤儿进程,这种进程脱离终端,为什么要脱离终端呢?之所以脱离于终端是为了避免进程被任何终端所产生的信息所打断,其在执行过程中的信息也不在任何终端上显示。由于在 Linux 中,每一个系统与用户进行交流的界面称为终端,每一个从此终端开始运行的进程都会依附于这个终端,这个终端就称为这些进程的控制终端,当控制终端被关闭时,相应的进程都会自动关闭。
Linux 的大多数服务器就是用守护进程实现的。比如,Internet 服务器 inetd,Web 服务器 httpd 等。
下面是编写守护进程的基本过程:
1)屏蔽一些控制终端操作的信号
这是为了防止守护进行在没有运行起来前,控制终端受到干扰退出或挂起。
2)在后台运行
这是为避免挂起控制终端将守护进程放入后台执行。方法是在进程中调用 fork() 使父进程终止, 让守护进行在子进程中后台执行。
3)脱离控制终端、登录会话和进程组
有必要先介绍一下 Linux 中的进程与控制终端,登录会话和进程组之间的关系:进程属于一个进程组,进程组号(GID)就是进程组长的进程号(PID)。登录会话可以包含多个进程组。这些进程组共享一个控制终端。这个控制终端通常是创建进程的 shell 登录终端。 控制终端、登录会话和进程组通常是从父进程继承下来的。我们的目的就是要摆脱它们 ,使之不受它们的影响。因此需要调用 setsid() 使子进程成为新的会话组长
setsid() 调用成功后,进程成为新的会话组长和新的进程组长,并与原来的登录会话和进程组脱离。由于会话过程对控制终端的独占性,进程同时与控制终端脱离。
4)禁止进程重新打开控制终端
现在,进程已经成为无终端的会话组长,但它可以重新申请打开一个控制终端。可以通过使进程不再成为会话组长来禁止进程重新打开控制终端,采用的方法是再次创建一个子进程,
5)关闭打开的文件描述符
进程从创建它的父进程那里继承了打开的文件描述符。如不关闭,将会浪费系统资源,造成进程所在的文件系统无法卸下以及引起无法预料的错误。
6)改变当前工作目录
进程活动时,其工作目录所在的文件系统不能卸下。一般需要将工作目录改变到根目录。对于需要转储核心,写运行日志的进程将工作目录改变到特定目录如 /tmp。
7)重设文件创建掩模
进程从创建它的父进程那里继承了文件创建掩模。它可能修改守护进程所创建的文件的存取权限。为防止这一点,将文件创建掩模清除:
8)处理 SIGCHLD 信号
但对于某些进程,特别是服务器进程往往在请求到来时生成子进程处理请求。如果父进程不等待子进程结束,子进程将成为僵尸进程(zombie)从而占用系统资源。如果父进程等待子进程结束,将增加父进程的负担,影响服务器进程的并发性能。在 Linux 下可以简单地将 SIGCHLD 信号的操作设为 SIG_IGN 。这样,内核在子进程结束时不会产生僵尸进程。

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