分析linux內核的idle的知識
Linux系統越來越受到電腦用戶的歡迎，于是很多人開始學習Linux時，學習linux，你可能會遇到linux內核問題，這里將介紹linux內核中idle知識，在這里拿出來和大家分享一下。
1. idle是什么
簡單的說idle是一個進程，其pid號為 0。其前身是系統創建的第一個進程，也是唯一一個沒有通過fork()產生的進程。在smp系統中，每個處理器單元有獨立的一個運行隊列，而每個運行隊列上又有一個idle進程，即有多少處理器單元，就有多少idle進程。系統的空閑時間，其實就是指idle進程的"運行時間"。既然是idle是進程，那我們來看看idle是如何被創建，又具體做了哪些事情？
2. idle的創建
我們知道系統是從BIOS加電自檢，載入MBR中的引導程序(LILO/GRUB),再加載linux內核開始運行的，一直到指定shell開始運行告一段落，這時用戶開始操作Linux。而大致是在vmlinux的入口startup_32(head.S)中為pid號為0的原始進程設置了執行環境，然后原是進程開始執行start_kernel()完成Linux內核的初始化工作。包括初始化頁表，初始化中斷向量表，初始化系統時間等。繼而調用 fork(),創建第一個用戶進程:
kernel_thread(kernel_init, NULL, CLONE_FS | CLONE_SIGHAND);
這個進程就是著名的pid為1的init進程，它會繼續完成剩下的初始化工作，然后execve(/sbin/init), 成為系統中的其他所有進程的祖先。關于init我們這次先不研究，回過頭來看pid=0的進程，在創建了init進程后，pid=0的進程調用 cpu_idle()演變成了idle進程。
current_thread_info()->status |= TS_POLLING;
在 smp系統中，除了上面剛才我們講的主處理器(執行初始化工作的處理器)上idle進程的創建，還有從處理器(被主處理器activate的處理器)上的idle進程，他們又是怎么創建的呢？接著看init進程，init在演變成/sbin/init之前，會執行一部分初始化工作，其中一個就是 smp_prepare_cpus()，初始化SMP處理器，在這過程中會在處理每個從處理器時調用
task = copy_process(CLONE_VM, 0, idle_regs(®s), 0, NULL, NULL, 0);
init_idle(task, cpu);
即從init中復制出一個進程，并把它初始化為idle進程(pid仍然為0)。從處理器上的idle進程會進行一些Activate工作，然后執行cpu_idle()。
整個過程簡單的說就是，原始進程(pid=0)創建init進程(pid=1),然后演化成idle進程(pid=0)。init進程為每個從處理器(運行隊列)創建出一個idle進程(pid=0)，然后演化成/sbin/init。
3. idle的運行時機
idle 進程優先級為MAX_PRIO，即最低優先級。早先版本中，idle是參與調度的，所以將其優先級設為最低，當沒有其他進程可以運行時，才會調度執行idle。而目前的版本中idle并不在運行隊列中參與調度，而是在運行隊列結構中含idle指針，指向idle進程，在調度器發現運行隊列為空的時候運行，調入運行。
4. idle的workload
從上面的分析我們可以看出，idle在系統沒有其他就緒的進程可執行的時候才會被調度。不管是主處理器，還是從處理器，最后都是執行的cpu_idle()函數。所以我們來看看cpu_idle做了什么事情。
因為idle進程中并不執行什么有意義的任務，所以通常考慮的是兩點：1.節能，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();
- }
- }
循環判斷need_resched以降低退出延遲，用idle()來節能。
默認的idle實現是hlt指令，hlt指令使CPU處于暫停狀態，等待硬件中斷發生的時候恢復，從而達到節能的目的。即從處理器C0態變到C1態(見 ACPI標準)。這也是早些年windows平臺上各種"處理器降溫"工具的主要手段。當然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idle(比如說nop)。
小結:
1.idle是一個進程，其pid為0。
2.主處理器上的idle由原始進程(pid=0)演變而來。從處理器上的idle由init進程fork得到，但是它們的pid都為0。
3.Idle進程為最低優先級，且不參與調度，只是在運行隊列為空的時候才被調度。
4.Idle循環等待need_resched置位。默認使用hlt節能。
希望通過本文你能全面了解linux內核中idle知識。
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