基于Linux系统深入源码分析进程模型
1.进程概念
进程（Process）是计算机中的程序关于某数据集合上的一次运行活动，是系统进行资源分配和调度的基本单位，是操作系统结构的基础。简而言之，一个进程就是一个正在执行程序的实例。
windows的进程：
2.linux系统简介
Linux以它的高效性和灵活性著称，Linux模块化的设计结构，使得它既能在价格昂贵的工作站上运行，也能够在廉价的PC机上实现全部的Unix特性，具有多任务、多用户的能力。Linux是在GNU公共许可权限下免费获得的，是一个符合POSIX标准的操作系统。Linux操作系统软件包不仅包括完整的Linux操作系统，而且还包括了文本编辑器、高级语言编译器等应用软件。它还包括带有多个窗口管理器的X-Windows图形用户界面，如同我们使用Windows NT一样，允许我们使用窗口、图标和菜单对系统进行操作。
3.Linux系统组织进程
- Linux通过
task_struct结构体来描述一个进程的所有信息，结构体被定义在include/linux/sched.h中。 - task_struct结构体即是PCB。PCB是进程的唯一标识，PCB由链表实现（为了动态插入和删除）。进程创建时，为该进程生成一个PCB；进程终止时，回收PCB。
- PCB相关：
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进程状态（State）
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进程调度信息
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标识符
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进程通信有关信息
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进程链接信息
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时间和定时器信息
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文件系统信息
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虚拟内存信息
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页面管理信息
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对称多处理机（SMP）信息
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和处理器相关的环境（上下文）信息
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其它
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4.进程的调度
4.1调度的定义：
当计算机系统十多道程序设计系统时，通常就会有多个进程或线程同时竞争CPU。只要有两个或更多的进程处于就绪状态，这种情形就会发生。如果只有一个CPU可用，那么就必须选择下一个要运行的进程。在操作系统中，完成选择工作的这一部分称为调度程序，该程序使用的算法称为调度算法。
4.2Linux系统的两个调度算法
4.2.1LinuxO(1)调度器(O(1)scheduler)
这个调度器能够在常数时间内执行任务调度，例如从执行队列中选择一个任务或将一个任务加入执行队列，这与系统中的任务总数无关。
O(1)调度器优点：能够在常数时间内执行任务调度
O(1)调度器缺点：使用启发式方法来确定一个任务的交互性，会使该任务的优先级复杂且不完善，从而导致在处理交互任务时性能很糟糕。
4.2.2CFS(完全公平调度器)
它在Linux2.6.23版本中首次被集成到内核中
CFS的主要思想是使用一颗红黑树作为调度队列的数据结构。
CFS的调度算法总结：该算法总是优先调度那些使用CPU时间最少的任务，通常是在树中最左边节点上的任务。CFS会周期性地根据任务已经运行的时间，递增他的虚拟时间运行值，并将这个值与树中当前最左节点的值进行比较，如果正在运行的任务仍具有较小虚拟运行时间值，那么它将继续运行，否则，它将被插入红黑树的适当位置，并且CPU将执行新的最左边节点上的任务。
5.关于vruntime
vruntime是CFS的重要概念，简单地说，vruntime是该进程的运行时间，但这个时间是通过优先级等计算过的虚拟运行时间，并非物理时间。之前在进程的转换中提到过CPU分配时间片，在CFS中，已经不再使用时间片，而是按照虚拟运行时间来衡量进程此时是否该被调度。那么，虚拟时间是如何被计算出来的呢?kernel/sched.c中有一个用于处理时钟中断的函数，如下
void scheduler_tick(void)
{
…
raw_spin_lock(&rq->lock);
update_rq_clock(rq);
update_cpu_load(rq);
curr->sched_class->task_tick(rq, curr, 0);
raw_spin_unlock(&rq->lock);
…
}其中，curr->sched_class->task_tick(rq, curr, 0);用于执行调度器，更新vruntime值。task_tike_fair函数则会在循环语句中，对所以有se变量调用entity_tick()，代码如下
for_each_sched_entity(se) {
cfs_rq = cfs_rq_of(se);
entity_tick(cfs_rq, se, queued);//Look at this line
}static void entity_tick(struct cfs_rq *cfs_rq, struct sched_entity *curr, int queued)
{
/*
* Update run-time statistics of the 'current'.
*/
update_curr(cfs_rq); //Look at this line
#ifdef CONFIG_SCHED_HRTICK
/*
* queued ticks are scheduled to match the slice, so don't bother
* validating it and just reschedule.
*/
if (queued) {
resched_task(rq_of(cfs_rq)->curr);
return;
}
/*
* don't let the period tick interfere with the hrtick preemption
*/
if (!sched_feat(DOUBLE_TICK) &&
hrtimer_active(&rq_of(cfs_rq)->hrtick_timer))
return;
#endif
if (cfs_rq->nr_running > 1 || !sched_feat(WAKEUP_PREEMPT))
check_preempt_tick(cfs_rq, curr);
}重点是update_curr(cfs_rq);更新了就绪队列的vruntime值。ps:cfs_rq为普通进程的就绪队列，声明如下
struct cfs_rq *cfs_rq;
/* rq "owned" by this entity/group: */static inline void __update_curr(struct cfs_rq *cfs_rq, struct sched_entity *curr, unsigned long delta_exec)
{
unsigned long delta_exec_weighted;
schedstat_set(curr->exec_max, max((u64)delta_exec, curr->exec_max));
curr->sum_exec_runtime += delta_exec;
schedstat_add(cfs_rq, exec_clock, delta_exec);
delta_exec_weighted = calc_delta_fair(delta_exec, curr);
curr->vruntime += delta_exec_weighted;
update_min_vruntime(cfs_rq);
}可以看到，update_curr函数首先累计了实际的运行时间(Line:7)，然后调用calc_delta_fair(delta_exec,curr)对delta_exec进行加权计算(Line:9)(至于如何进行加权计算没有再深入研究)，然后再将加权计算的结果累计加入vruntime(Line:11)，最后更新并保存cfs_rq队列中的的最小虚拟运行时间(Line:12)。由此，我们可以大概看到vruntime产生的整个过程。
