分析linux核心的idle的知識

      Linux系統越來越受到電腦使用者的歡迎，於是很多人開始學習Linux時，學習linux，你可能會遇到linux核心問題，這裡將介紹linux核心中idle知識，在這裡拿出來和大家分享一下。

　　1. idle是什麼

　　簡單的說idle是一個進程，其pid號為0。其前身是系統建立的第一個進程，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"已耗用時間"。既然是idle是進程，那我們來看看idle是如何被建立，又具體做了哪些事情？

　　2. idle的建立

　　我們知道系統是從BIOS加電自檢，載入MBR中的引導程式(LILO/GRUB),再載入linux核心開始啟動並執行，一直到指定shell開始運行告一段落，這時使用者開始操作Linux。而大致是在vmlinux的入口startup_32(head.S)中為pid號為0的原始進程設定了執行環境，然後原是進程開始執行start_kernel()完成Linux核心的初始化工作。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(),建立第一個使用者進程:

　　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，然後execve(/sbin/init), 成為系統中的其他所有進程的祖先。關於init我們這次先不研究，回過頭來看pid=0的進程，在建立了init進程後，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進程的建立，還有從處理器(被主處理器activate的處理器)上的 idle進程，他們又是怎麼建立的呢？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(&regs), 0, NULL, NULL, 0);

　　init_idle(task, cpu);

　　即從init中複製出一個進程，並把它初始化為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，然後執行cpu_idle()。

　　整個過程簡單的說就是，原始進程(pid=0)建立init進程(pid=1),然後演化成idle進程(pid=0)。init進程為每個從處理器(運行隊列)建立出一個idle進程(pid=0)，然後演化成/sbin/init。

　　3. idle的運行時機

　　idle 進程優先順序為MAX_PRIO，即最低優先順序。早先版本中，idle是參與調度的，所以將其優先順序設為最低，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並不在運行隊列中參與調度，而是在運行隊列結構中含idle指標，指向idle進程，在調度器發現運行隊列為空白的時候運行，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檔時候才會被調度。不管是主處理器，還是從處理器，最後都是執行的cpu_idle()函數。所以我們來看看cpu_idle做了什麼事情。

　　因為idle進程中並不執行什麼有意義的任務，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();   }  }

　　迴圈判斷need_resched以降低退出延遲，用idle()來節能。

　　預設的idle實現是hlt指令，hlt指令使CPU處於暫停狀態，等待硬體中斷髮生的時候恢複，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平台上各種"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模組中定義的，甚至是自訂的一個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進程為最低優先順序，且不參與調度，只是在運行隊列為空白的時候才被調度。

　　4.Idle迴圈等待need_resched置位。預設使用hlt節能。

　　希望通過本文你能全面瞭解linux核心中idle知識。