Task Management

1. Task Management 2005. 5. 30(월) 이 병 희 icebyung@hufs.ac.kr

2. Contents • Introduction • Task state transition • Task structure • Scheduling

3. Introduction • What is the task ? • Running or runable program • Execution environment of a program • Scheduling entity • task management of kernel • task의 생성 / 소멸 / 상태전이 / 문맥교환 등을 관리 • task management를 위해 task가 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 PID를 가짐 • exec :역시 fork와 마찬가지로 새로운 프로세스를 생성,하지만 fork와 같이 copy-on-write 를 이용한 전혀 새로운 프로세스를 실행시키지 않고, 현재의 프로세스이미지를 새로운 프로세스 이미지가 덮어씀

4. Task state transition exit wait running zombie fork initial dispatch sleep timeout fork ready waiting wakeup • ready state : 생성된 task가 준비상태가 되어 ready_queue에 연결됨 • 스케줄러는 자신의 스케줄링 정책에 따라 task를 선택하여 running state로 바꿈 • zombie state : 자신의 모든 자원을 커널에 반납 • task의 exit status 상태와 PID는 여전히 남아서 task_struct에유지 • waiting state : sleep system call이 불리거나 lock이 걸려있는 자원을 기다릴 경우 waiting 상태로 • 전이. waiting state로 전이되는 경우 sleep_queue에 연결

5. user program execution Task state transition user level running Interrupt return from system call Interrupt routine system call Scheduler Kernel level running ready waiting running state • kernel level running 상태로의 전이 : system call 과 interrupt

6. eip sp eflags … Task structure • Task가 생성된 후 kernel은 task의 정보관리를 위해 여러 자료구조들(context)을 할당 • Context는 3부분으로 구분가능 • system context • memory context • hardware context system context memory context page table task_struct segment table file structure fd inode thread structure swap or a.out disk hardware context (TSS)

7. Task structure • task_struct • Include/linux/sched.h 에 정의 • 각 task마다 하나씩 존재 • task identification • state • task relationship • scheduling information • signal information • memory information • file information • thread structure • time information • resource limits • miscellaneous

8. Task structure • state

9. next_task next_task next_task next_task .... init_task task task task task prev_task prev_task prev_task prev_task next_run next_run prev_run prev_run next_run prev_run task_struct run_queue p_ctpr parent p_pptr p_pptr p_pptr p_osptr p_osptr youngest child child oldest child p_ysptr p_ysptr task_struct task_struct task_struct Task 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 [ Task family relationship]

10. Task structure • task relationship

11. Task structure • signal information • task에게 비동기적인 사건의 발생을 알리는 매커니즘 • signal처리를 위한 3가지 기능 • 다른 task에게 signal을 보낼 수 있어야 함(sys_kill() system call) • signal을 수신할 수 있어야 함(sigpending, signal, blocked) • signal이 오면 이를 처리할 수 있는 함수를 호출(sys_signal(), sig)

12. Task structure task_struct sigaction sa_handler sa_flags sa_restorer sa_mask …. sig signal,blocked sigpending …. signal_struct count action[_NSIG] siglock sigset_t sigset_t …. …. 63 63 0 0 /* kernel/signal.c */ /* kernel/signal.c */ sys_kill(pid,sig) sys_signal(sig, handler) kill_proc_info(sig, info, pid) do_sigaction(sig, new_sa, old_sa) send_sig_info(sig, info, *t) sigaddset(t->signal, sig); t->sigpending = 1;

13. 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; …….. task_struct ... tss ... Task structure • thread information • task가 실행되다 중지할 때 현재 어디까지 실행하였는지 저장 • 처리기의 레지스터들의 내용을 저장

14. task_struct … rlim[] … Task 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 /*include/linux/resource.h */

15. Scheduling • Linux scheduling • clock interrupt는 10msec마다 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

16. Scheduling • counter • 태스크의 처리기 사용량 • 태스크가 생성될 때 priority 값으로 설정 • 태스크가 수행중일 때, clock interrupt이 발생하면 1씩 감소 • 모든 태스크의 counter 값이 0이 되면, 모든 태스크의 counter 값을 priority 값으로 재 설정 • normal task의 경우, 스케줄러는 priority + counter 값이 가장 큰 태스크를 선택하여 수행 • need_resched • 스케줄링이 수행될 필요가 있으면 1로 설정 • 커널 수준 실행 상태에서 사용자 수준 실행 상태로 전이될 때 (시스템 호출이나 인터럽트 처리를 마칠 때), 이 변수를 조사하여 1이면 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

17. need_resched sleep_on schedule() - 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 */ Scheduling • 스케줄링 함수 : schedule() function /* kernel/sched.c */

18. T1 priority counter T2 priority counter T3 priority counter millisecond 0 20 20 20 20 20 20 200 20 0 20 20 20 20 400 20 0 20 0 20 20 600 20 20 20 20 20 20 800 20 0 20 20 20 20 20 0 20 0 20 20 20 20 20 20 20 20 Scheduling • Example of linux scheduling • 3 normaltasks • 단일 처리기 시스템 • clock interrupt는 10ms마다 한 번씩 발생