Was ist der Algorithmus hinter sleep()?

Den "update" in Frage zu stellen, zeigt ein Missverständnis, wie die moderne OSs arbeiten.

Kernel ist nicht "erlaubt" eine Zeitscheibe. Der kernel ist das Ding, das gibt Zeit-slices in Benutzer-Prozesse. Der "timer" nicht wecken die Schlaf-up - Prozess festgelegt ist, stoppen Sie die Laufenden Prozess.

Im wesentlichen der kernel versucht, gerecht zu verteilen die CPU-Zeit durch stoppen der Prozesse auf die CPU zu lange. Für ein Vereinfachtes Bild, sagen wir mal, dass kein Prozess darf die CPU mehr als 2 Millisekunden. So, die kernel timer auf 2 Millisekunden, und lassen Sie den Vorgang laufen. Wenn der timer feuert einen interrupt, gibt der kernel die Kontrolle übernimmt. Es speichert den Laufenden Prozess' aktuellen Zustand (Register, instruction-pointer und so weiter), und das Steuerelement wird nicht zurückgegeben werden. Stattdessen wird ein anderer Prozess ausgewählt wird aus der Liste der Prozesse, die warten, gegeben zu werden, die CPU und der Prozess, der unterbrochen wurde, geht an der Rückseite der Warteschlange.

Den schlafenden Prozess ist einfach nicht in der Warteschlange der Dinge warten, die für die CPU. Stattdessen, es ist gespeichert in der sleeping-Warteschlange. Wenn der kernel bekommt timer-interrupt, sleep-queue überprüft, und die Prozesse, deren Zeit gekommen sind, übertragen zu bekommen "waiting for CPU" - Warteschlange.

Dies ist natürlich eine grobe Vereinfachung. Es dauert sehr ausgefeilte algorithmen um die Sicherheit zu gewährleisten, fairness, balance, Prioritäten zu setzen, zu verhindern, Hunger, tun es alle, schnell und mit minimalen Menge des verwendeten Speichers für kernel-Daten.

Vielleicht die wesentliche Aufgabe eines Betriebssystems ist das ausblenden der Komplexität, die ein echtes Stück hardware aus dem writer Anwendung. Daher, jede Beschreibung, wie das OS arbeitet, läuft Gefahr, sich wirklich kompliziert ist, ist wirklich schnell. Von daher bin ich nicht umzugehen mit all den "was wäre wenn" und ja, Abers", die ein echtes Betriebssystem zu beschäftigen. Ich werde einfach mal beschreiben, auf hohem konzeptionellen Niveau, was ein Prozess ist, was der scheduler macht, wie die timer-Warteschlange funktioniert. Hoffentlich ist dies hilfreich.

Was ist ein Prozess:

Denke, dass der eine Prozess--lassen Sie uns nur über Prozesse sprechen, und man threads später-als "die Sache des Betriebssystems Zeitpläne". Ein Prozess hat eine ID-denken ein integer--und Sie denken, die ganze Zahl als index in eine Tabelle, die alle den Kontext des Prozesses.

Kontext ist die hardware-Informationen-Register, memory management unit Inhalt, andere hardware-Staat -, dass, wenn in die Maschine geladen, ermöglicht, den Prozess zu "gehen". Es gibt auch andere Komponenten des Kontext--Listen von Dateien geöffnet, der Zustand der signal-Handler, und, am wichtigsten ist hier, Dinge, die der Prozess wartet.

Prozesse verbringen viel Zeit mit schlafen (ein.k.ein. Wartezeit)

Einen Prozess verbringt viel Zeit mit dem warten. Zum Beispiel, ein Prozess, der liest oder schreibt auf die Festplatte verbringen eine Menge Zeit mit dem warten auf die Daten zu kommen oder anerkannt werden, werden auf der Festplatte. OS Leute verwenden die Begriffe "warten" und "schlafen" (und "blockiert") etwas austauschbar--alle Bedeutung, die der Prozess erwartet, dass etwas passiert, bevor es weiter auf Ihre fröhliche Art und Weise. Es ist nur verwirrend, dass die OS-API sleep() passiert, zu verwenden zugrunde liegende Betriebssystem-Mechanismen für die schlafenden Prozesse.

Prozesse können warten, werden für andere Dinge: - Netzwerk-Pakete ankommen, Fenster Auswahl der Ereignisse, oder ein timer abläuft, zum Beispiel.

Prozesse und Scheduling

Prozesse, die darauf warten, sagte non-runnable. Sie gehen nicht auf die run-queue des Betriebssystems. Aber wenn das Ereignis Auftritt, das der Prozess wartet, es bewirkt, dass das Betriebssystem den Prozess aus dem non-runnable, um den Zustand runnable. Zur gleichen Zeit, das Betriebssystem legt den Vorgang auf der run-queue, die ist wirklich nicht eine Warteschlange-es ist mehr ein Haufen von alle die Prozesse, die, sollte das Betriebssystem entscheiden, dies zu tun, könnte laufen.

Planung:

das Betriebssystem entscheidet, in regelmäßigen Abständen, welche Prozesse ausgeführt werden sollen. Der Algorithmus, mit dem das Betriebssystem entscheidet, das zu tun, ist aufgerufen, etwas überraschend, der scheduling-Algorithmus. Scheduling-algorithmen reichen von tot-einfach ("jeder zum laufen bekommt, für 10 ms, und dann den nächsten Mann in der Warteschlange wird ausgeführt") zu weit komplizierter (unter Berücksichtigung der Prozess-Priorität, Häufigkeit der Ausführung, Laufzeit -, Fristen, inter-Prozess-Abhängigkeiten, verkettet, Schlösser und allerlei andere komplizierte Materie).

Die Timer-Warteschlange
Ein computer hat einen timer drin. Es gibt viele Möglichkeiten, wie dies umgesetzt werden kann, aber die klassische Art und Weise ist, genannt periodische timer -. Eine periodische timer-ticks, die in regelmäßigen Abständen-in den meisten Betriebssystemen heute, ich glaube, diese rate ist 100-mal pro Sekunde-100 Hz--alle 10 Millisekunden. Ich werde den Wert in dem, was folgt, als eine konkrete rate, aber wissen, dass die meisten Betriebssysteme Wert Ihr Salz kann so konfiguriert werden mit verschiedenen Zecken-und viele nicht nutzen diesen Mechanismus, und kann eine viel bessere timer Genauigkeit. Aber ich schweife ab.

Jeden tick die Ergebnisse in einem interrupt an das Betriebssystem.

Wenn das Betriebssystem behandelt diesen timer-interrupt, erhöht es die Idee der system-Zeit von weiteren 10 ms. Dann sieht es so aus, das timer-Warteschlange und entscheidet, welche Ereignisse auf die Warteschlange, die behandelt werden müssen.

Die timer-Warteschlange wirklich ist eine Warteschlange von "Dinge, die geregelt werden müssen", die wir Ereignisse nennen. Diese Warteschlange ist bestellt von der Zeit der Ablauf, frühestens Ereignisse zuerst angezeigt werden.

Einem "event" kann so etwas wie, "wake up-Prozess X", oder "go kick disk-I/O über es, da es möglicherweise steckengeblieben", oder "senden eines keepalive-Pakets auf, dass fibrechannel-link drüben". Was muss das Betriebssystem gemacht haben.

Wenn Sie eine Warteschlange bestellt auf diese Weise, es ist einfach zu verwalten das abarbeiten der Warteschlange. Das OS sieht einfach am Kopf der Warteschlange und verringert die "time-to-Ablauf" der Veranstaltung, die von 10 ms bei jedem tick. Wenn die Gültigkeitsdauer auf null geht, das OS aus der Warteschlange entfernt, die Veranstaltung, und tut, was gefordert ist.

Im Falle eines schlafenden Prozess, der es einfach macht den Prozess ausführbar wieder.

Einfach, nicht wahr?

Einem multitasking-Betriebssystem verfügt über eine Komponente namens scheduler, diese Komponente ist verantwortlich für die CPU-Zeit, die threads, aufrufen von sleep erzählt die OS nicht zu geben die CPU-Zeit für diesen thread für einige Zeit.

sehen http://en.wikipedia.org/wiki/Process_states für komplette details.

Im wesentlichen ja, es ist ein "Spezial-Ding" - und es ist wichtig, für viel mehr als nur schlafen().

Klassisch, auf x86, dies war ein Intel 8253 oder 8254 "Programmierbare Intervall-Timer". In den frühen PCs war dies ein separater chip auf dem motherboard, die programmiert werden konnten, die von der CPU zur Geltendmachung eines interrupt (über die "Programmable Interrupt Controller", eine weitere diskrete chip) nach einem voreingestellten Zeitintervall. Die Funktionalität ist noch vorhanden, obwohl es ist jetzt ein winziger Teil eines viel größeren Stück des motherboard-Schaltung.

Den OS heute noch Programme die GRUBE, um ihn zu aktivieren, regelmäßig (in den letzten Versionen von Linux, einmal jede Millisekunde standardmäßig), und dies ist, wie der Kernel ist in der Lage zu implementieren, pre-emptive multitasking.