[操作系统]24. 进程的实现

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24. 进程的实现 (jyywiki.cn)

进程的实现

pmap：进程拥有[0, 2^64)的地址空间，但这个地址空间是虚拟的。 计算机系统中存在一个数据结构，把虚拟内存地址翻译成物理内存地址。

虚假的地址空间 还没有使用到的地方，操作系统可以先不分配实际内存。操作系统只要用一个数据结构记录哪段内存是什么，因此进程可以使用超过物理内存的虚拟内存 (swap)。

不同的虚拟地址，可以映射到同一个物理地址，可以共享。比如只读到代码映射到内存，厉害的操作系统，同一份代码仅有一个副本。

写时复制（copy-on-write）。即使用了很多内存，fork依然可以瞬间完成。

处理器调度原理

操作系统在中断后选择进程执行，应该选哪一个？

UNIX niceness：-20 ～ 19的整数，越nice越让别人得到CPU。（好人卡）

Round-robin：轮转调度。计算线程较多时，vim之类的交互式线程，输入可能卡顿。 改进：多级反馈队列（MLFQ）。设置多个Round-Robin队列，每个队列对应一个优先级。

Complete Fair Scheduling（CFS）：让系统里的所有进程尽可能公平地共享处理器。为每个进程记录运行时间，中断发生后，切换到运行时间最少的进程执行。 如何在公平的调度器上实现不同的优先级？Linux中进程记的时间不是真实的时间，是vruntime。每人执行1ms，好人的时钟快一些，坏人的时钟慢一些。

真实的处理器调度

优先级反转 真实情况存在资源的争抢和等待。

void a() { // 最低优先级
  mutex_lock(&wc_lock);
  // 先到先得
}

void b() { // 中优先级
  while (1) ;
}

void c() { // 高优先级
  sleep(1);
  mutex_lock(&wc_lock);
  ...
}

低优先级的进程先到，先拿到了锁。高优先级的两个进程随后到。如果优先调度高优先级的进程而不调度低优先级的进程，反而会导致高优先级的进程执行不下去。 解决优先级反转问题：困难。因为想要解决，操作系统需要知道哪些进程获得了哪些锁、什么时候释放。（Linux：摆烂，不解决）

多处理器调度 不能简单地“分配线程到某处理器”：某一个处理器的线程全都退出了，这个处理器开始摸鱼。 不能简单地“谁空分配给谁”：处理器之间迁移会导致cache白给。 实际情况：还有多用户、多任务等等情况，优先级很难解决。Big.LITTLE大小核问题、能耗问题。 调度是一个十分复杂的问题，可以先了解个大概基本原理。