Linux系统中的内核抢占机制详解
什么是内核抢占？
内核抢占是指在操作系统中，一个进程正在执行某个任务时，由于某种原因(如I/O操作、定时器到期等),操作系统需要将该进程的控制权暂时交给其他进程，以便处理紧急任务，这种过程就叫做内核抢占。
内核抢占的类型
1、实时抢占：实时抢占是指在规定的时间内完成任务，如果不能按时完成，就会发生中断，操作系统会立即将控制权交给其他进程，实时抢占的目的是保证系统的实时性。
2、非实时抢占：非实时抢占是指在规定时间内没有完成任务，操作系统不会立即将控制权交给其他进程，而是给该进程一定的时间来完成任务，非实时抢占的目的是提高系统的效率。
内核抢占的过程
1、触发条件：当一个进程正在执行某个任务时，如果满足以下条件之一，就会触发内核抢占：
a) 当前进程的优先级低于其他进程；
b) 当前进程处于阻塞状态(如等待I/O操作完成);
c) 当前进程的时间片用完；
d) 当前进程被设置为不可中断状态；
e) 当前进程被设置为最小化优先级状态；
f) 其他情况，如硬件故障等。
2、抢占过程：当触发条件满足时，操作系统会根据调度策略选择一个合适的进程进行抢占，具体步骤如下：
a) 将目标进程从运行队列中移除；
b) 将新进程添加到运行队列中；
c) 将新进程的上下文保存到内存中；
d) 将新进程的控制权交给CPU;
e) CPU将新进程的指令加载到寄存器中，并开始执行。
内核抢占的调度策略
1、先来先服务(FCFS):按照进程进入系统队列的顺序进行调度，即先进入的进程先执行，这种策略简单明了，但不能满足实时性要求。
2、短作业优先(SJF):按照进程运行所需的最短时间进行调度，这样可以尽量减少长作业占用CPU的时间，提高系统的实时性，这种策略可能导致一些短作业长时间得不到执行。
3、最高优先级优先(Priority-based):按照进程的优先级进行调度，优先级高的进程优先执行，这样可以保证高优先级的任务得到及时处理，这种策略可能导致某些低优先级的进程长时间得不到执行。
4、时间片轮转(RR):为每个进程分配一个固定的时间片，当一个进程的时间片用完后，将其从运行队列中移除，然后将下一个进程添加到运行队列中，这种策略可以有效地管理多个进程的执行时间，但是可能导致某些进程长时间得不到执行。
相关问题与解答
1、为什么需要内核抢占机制？
答：因为操作系统需要处理各种紧急任务，如硬件故障、用户输入等，如果不使用内核抢占机制，这些紧急任务可能会导致系统崩溃或数据丢失，通过内核抢占机制，操作系统可以在不影响正常任务的情况下处理紧急任务，保证系统的稳定运行。
2、如何设置一个进程为不可中断状态？
答：可以使用set_interrupt_handler函数将一个进程的中断处理函数设置为空函数，这样，当该进程接收到中断信号时，将不会被中断，从而实现不可中断状态。
include <signal.h>
include <stdio.h>
include <unistd.h>
void handler(int signum) {}
int main() {
set_interrupt_handler(handler); // 将中断处理函数设置为空函数，实现不可中断状态
while (1) {
usleep(1000000); // 每隔1秒发送一次中断信号
}
}
原创文章，作者：K-seo，如若转载，请注明出处：https://www.kdun.cn/ask/189423.html
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