Kernel ProgrammingKernel Programming

Task Management Task Management

2005. 5. 30( 월 )

이 병 희icebyung@hufs.ac.kr

ContentsContents Introduction Task state transition Task structure Scheduling

IntroductionIntroduction What is the task ?

Running or runable program Execution environment of a program Scheduling entity

task management of kernel task 의 생성 / 소멸 / 상태전이 / 문맥교환 등을 관리 task management 를 위해 task 가 사용하는 자원에 대한 정보

유지 (task_struct 사용 )

Creation of task Use fork() function

fork : 자신의 프로세스와 똑같은 프로세스를 copy-on-write 형식으로 실행 , 이때 생성된 프로세는 자신만의 PID 를 가짐

exec : 역시 fork 와 마찬가지로 새로운 프로세스를 생성 , 하지만 fork 와 같이 copy-on-write 를 이용한 전혀 새로운 프로세스를 실행시키지 않고 , 현재의 프로세스이미지를 새로운 프로세스 이미지가 덮어씀

Task state transitionTask state transition

initialfork

ready

fork

running

dispatchtimeout

waiting

zombie

wakeup

exit

sleep

wait

• ready state : 생성된 task 가 준비상태가 되어 ready_queue 에 연결됨 스케줄러는 자신의 스케줄링 정책에 따라 task 를 선택하여 running state 로 바꿈

• zombie state : 자신의 모든 자원을 커널에 반납 task 의 exit status 상태와 PID 는 여전히 남아서 task_struct 에 유지

• waiting state : sleep system call 이 불리거나 lock 이 걸려있는 자원을 기다릴 경우 waiting 상태로 전이 . waiting state 로 전이되는 경우 sleep_queue 에 연결

Task state transitionTask state transition

user program execution

user level running

return from system call Interrupt routine system call

Interrupt

Scheduler

ready waiting

Kernel level running

• kernel level running 상태로의 전이 : system call 과 interrupt

running state

Task structureTask structure Task 가 생성된 후 kernel 은 task 의 정보관리를 위해 여러

자료구조들 (context) 을 할당 Context 는 3 부분으로 구분가능

system context memory context hardware context

sp

eip

…

eflags

file structure

inode

fdtask_struct segment table page table

thread structure

(TSS)

swap ora.out

disk

system context

hardware context

memory context

Task structureTask structure task_struct

Include/linux/sched.h 에 정의 각 task 마다 하나씩 존재

task identification state task relationship scheduling information signal information memory information file information thread structure time information resource limits miscellaneous

Task structureTask structure state

Task structureTask structure task relationship

new processes are copied from previous process task structure keeps pointers to its parent process and it

siblings all processes in the system are held in a doubly linked list

prev_task

init_task

prev_task

next_task

prev_task

next_task

task

next_task....

prev_task

next_task

task task task

prev_runprev_run

next_runnext_run

run_queue

pre

v_ru

n

nex

t_ru

n

youngest child

parent

child oldest child

task_struct

task_structtask_struct task_struct

p_ctpr

p_pptrp_pptr

p_pptr

p_ysptr

p_osptr p_osptr

p_ysptr

[ Task family relationship]

Task structureTask structure task relationship

Task structureTask structure signal information

task 에게 비동기적인 사건의 발생을 알리는 매커니즘 signal 처리를 위한 3 가지 기능

다른 task 에게 signal 을 보낼 수 있어야 함 (sys_kill() system call)

signal 을 수신할 수 있어야 함 (sigpending, signal, blocked) signal 이 오면 이를 처리할 수 있는 함수를 호출

(sys_signal(), sig)

Task structureTask structure

countaction[_NSIG]siglock

sa_handlersa_flagssa_restorersa_mask

sys_signal(sig, handler)

/* kernel/signal.c */

do_sigaction(sig, new_sa, old_sa)

….sigsignal,blockedsigpending….

task_struct

….

signal_struct

sigaction

sigset_t

63 0

….sigset_t

63 0

sys_kill(pid,sig)

/* kernel/signal.c */

kill_proc_info(sig, info, pid)

send_sig_info(sig, info, *t)

sigaddset(t->signal, sig);t->sigpending = 1;

Task structureTask structure thread information

task 가 실행되다 중지할 때 현재 어디까지 실행하였는지 저장 처리기의 레지스터들의 내용을 저장

include/asm-i386/processor.h

unsigned long esp0;

unsigned short ss0;

unsigned long esp1;

unsigned short ss1;

unsigned long esp2;

unsigned short ss2;

unsigned long cr3;

unsigned long eip, eflags;

unsigned long eax, ecx, edx, ebx;

unsigned long esp;

unsigned long ebp, esi, edi;

unsigned short es, cs, ss, ds, fs, gs;

unsigned short ldt;

……..

...

tss

...

task_struct

Task structureTask structure time information

kernel keeps track of time information start_time : task creation time struct tms times : task start time at user and kernel level

resource limits indicates limitation of resource

task_struct

…rlim[]

…

/*include/linux/resource.h */

SchedulingScheduling Linux scheduling

clock interrupt 는 10msec 마다 발생 real-time task 지원 task_struct 스케줄링 관련 변수 (/*include/linux/sched.h */)

policy 태스크 유형 (task type) SCHED_FIFO :real-time task, non-preemptive SCHED_RR : real-time task, preemptive SCHED_OTHER : normal task, preemptive

priority 태스크 우선순위 태스크가 생성될 때 기본 값인 20 (DEF_PRIORITY) 으로 설정 sys_nice() 나 sys_setpriority() 시스템 호출로 변경 가능

SchedulingScheduling counter

태스크의 처리기 사용량 태스크가 생성될 때 priority 값으로 설정 태스크가 수행중일 때 , clock interrupt 이 발생하면 1 씩 감소 모든 태스크의 counter 값이 0 이 되면 , 모든 태스크의

counter 값을 priority 값으로 재 설정 normal task 의 경우 , 스케줄러는 priority + counter 값이 가장

큰 태스크를 선택하여 수행 need_resched

스케줄링이 수행될 필요가 있으면 1 로 설정 커널 수준 실행 상태에서 사용자 수준 실행 상태로 전이될 때 (

시스템 호출이나 인터럽트 처리를 마칠 때 ), 이 변수를 조사하여 1 이면 스케줄러 호출

rt_priority 실시간 태스크의 우선 순위 , 보통 1000 이상 sched_setscheduler(pid, policy, sched_param) 시스템 호출로

설정 실시간 태스크의 경우 , 스케줄러는 이 값이 가장 큰 태스크를

선택하여 수행

SchedulingScheduling 스케줄링 함수 : schedule() function /* kernel/sched.c */

schedule()

need_resched

sleep_on

- schedule real time task first (rt_priority)- select a task which has highest values of counter + priority (using goodness function) give advantage to the task which run this_cpu give slight advantage to the task which has mm object- if (counter == 0) for all task counter = priority- context switch : switch_to (current, next) /* arch/i386/kernel/process.c */

SchedulingScheduling Example of linux scheduling

3 normal tasks 단일 처리기 시스템 clock interrupt 는 10ms 마다 한 번씩 발생

T1priority counter

020 20 20 20 20 20

20020 0 20 20 20 20

40020 0 20 0 20 20

60020 20 20 20 20 20

80020 0 20 20 20 20

millisecond

20 0 20 0 20 20

20 20 20 20 20 20

T2priority counter

T3priority counter