C4 Labs - Meeting 3

主持的是jserv，所以也是開學以來第一次爆滿(?)。比起分享，這此更像是推坑用讀書會，書目為linux kernel development 3rd 。這本書不像OS恐龍書，它假定你對基本觀念有一部分的認知了，而多著墨在怎麼去用那些觀念，所以可能不適合新手入門，而且它的圖真的很少。

今天是第一次開講，所以只就幾個章節做了簡單的流覽。jserv分享蠻有趣的，對於內容，將談談作業系統的基本觀念與排程。

#1.排程基本

進入排程之前，先讓我們釐清一件事：

• Program：沒有反應，就只是個程式碼的集合。
• Process：執行中程式的實體。
• Thread：Process的紀錄器，告訴你這個Process幹了什麼。

一個Program能產生多的Process，每點一次程式，就會產生一個行程，多開就是這麼回事。而每一個行程，都有一個獨立自主的小空間(記憶體區塊)，除了自己以外，沒有人能把它幹掉，同樣的，當這個行程掛掉時，別的行程也不會受到影響。

執行緒既為紀錄器，也是CPU分時的最小單位。一個行程通常有很多執行緒，這其實近似多工的概念。想像一個情形，如果只有一個執行緒，行程內所有的事就得都由他一手包辦，他可能要讀入檔案，又可能又呈現畫面給使用者，但是CPU一次只能分配給一個執行緒使用，這意味著我們必須等這個執行緒讀完檔案，才會有時間來回應使用者，如果前者曠日廢時，我們通常會認為是當機了。而多執行緒則把工作分攤開，我們可以有一個執行緒專職回報，告訴使用者這個行程做了什麼，而其他執行緒繼續埋頭苦幹。
但有一點要注意，多執行緒是近似分工，只是讓工作能同時啟動，真正在做事的還是處理器，如果只有一個執行緒，一個處理器，那你把它分成4個執行緒也不會比較快。事實上，在多執行緒中處理器只是快速的切換執行緒，以達到工作差不多快的效果。

排程， 其實就是如何切換行程。Linux的排程是基於分時，也就是把CPU時間切成許多片段，每一個片段可供一個行程來使用，當程式的時間配額額滿時，就會進行行程切換的操作。而判斷執行順序是來自優先權，它可能是透過一個演算法得出的，每個行程都會有個優先權，排程器(Scheduler)會透過它得知什麼時候該執行什麼程式。

我們先考慮三種行程：

• Interactive process ：會不斷跟使用者互動，需要偵測按鍵立即回覆使用者
• Batch process：不需要和使用者互動，常在背景執行
• Real-time process：即時性的，像是影音軟體

Linux的排程器實做了一個啟發式演算法，依據過去行程的行為，決定行程的優先權 。

此外，Linux 採取搶佔式多任務處理，也就是說當一個行程處於可執行狀態時，核心會將他的優先權和當前執行行程的優先權進行比對，若前者較大，中斷目前的行程，讓排程器挑出應當執行的行程。此外先佔也會發生在當前行程的時間配額額滿的時候，此時，一個鑑別旗標TIF_NEED_RESCHED 會被設立，讓計時器中止及調用排程器。