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-여러 개의 태스크들 중에서 다음번 수행시킬 태스크를 선택하여 CPU라는 자원을 할당하는 과정을 스케줄링 이라고 함

-  리눅스의 태스크는 실시간 태스크와 일반 태스크로 나뉘며 각각 스케줄링 알고리즘이 구현

* 리눅스가 총 140단계의 우선순위 제공

실시간 태스크 (0~99)

일반 태스크 (100~139)

(1) 런 큐와 태스크

- 운영체제는 스케줄링 작업 수행을 위해, 수행 가능한 상태의 태스크를 자료구조를 통해 관리

- 이 자료구조를 런 큐(Runqueue)라 함

- 운영체제의 구현에 따라 런큐는 한개 혹은 여러개 존재 가능

- 자료구조의 모양이나 관리 방법도 달라짐

- ~/kernel/sched/sched.h 파일 내에 struct rq라는 이름으로 정의

- 부팅 이후 각 CPU별로 하나씩의 런큐를 유지

복수개의 CPU를 가진 시스템에서 리눅스의 런큐 자료구조와 태스크의 관계

- 새로 생성된 태스크는 부모 태스크가 존재하던 런 큐로 삽입 (더 높은 캐시 친화력 (cache affinity)를 얻을 수 있기 때문에)

- 대기 상태에서 깨어난 태스크는 대기전에 수행되던 CPU의 런 큐로 삽입

* 스케줄러가 수행되면 해당 CPU의 런큐에서 다음번 수행시킬 태스크를 고를 때 고려사항

1. 어떤 태스크를 선택할 것인가

   - 일반 태스크를 위해 CFS를 사용하며 실시간 태스크를 위해서 FIFO, RR, DEADLINE 정책을 제공

2. 런 큐간의 부하가 균등하지 않은 경우 어떻게 할 것인가

   - 부하 균등 (load balancing)기법을 제공

        # load_balance() 함수 : 특정 CPU가 많은 작업을 수행하고 있느라 매우 바빠 한가한 다른 CPU에 태스크를 이주(migration) 시켜서 성능 향상

(2) 실시간 태스크 스케줄링 (FIFO, RR and DEADLINE)

  - 가장 급한 태스크를 한가한 태스크보다 먼저 수행될 수 있도록 해줌 -> 높은 반응성을 보임

  - 어떤 기준에 근거하여 태스크를 골라내는지?

         -> task_struct 구조체는 policy, prio, rt_priority 등의 필드가 존재

  - 실시간 태스크 ( SCHED_FIFO, SCHED_RR, SCHED_DEADLINE)

  - 일반 태스크 (SCHED_NORMAL) , 이와 더불어 중요하지 않은 일을 수행하는 태스크가 CPU 점유를 막기 위해 SCHED_IDLE 정책, SCHED_BATCH정책이 존재

     * 리눅스 실시간 태스크란?  sched_setscheduler()등의 함수를 통해 태스크의 스케줄링 정책을 위 세가지 중 하나로 바꾸게 되면 실시간 태스크가 되는 것

  - 우선순위 설정을 위해 task_struct 구조체의 rt_priority 필드를 사용

      -> 0~99까지의 우선순위를 가질 수 있으며 태스크가 수행을 종료하거나 스스로 중지하거나 혹은 자신의 타임 슬라이스를 다쓸때까지 CPU를 사용

           => 즉 RR인 경우 동일 우선순위를 가지는 태스크가 복수개인 경우 타임 슬라이스 기반으로 스케줄링

  -

(1) 상태 전이와 실행 수준 변화

태스크는 생성 뒤 자신에게 주어진 일을 수행하며, 이를 위해 디스크 I/O나 락 등 CPU이외의 자원을 요청

특정 태스크가 당장 제공해 줄 수 없는 자원을 요청한다면?

1. 커널은 이 task를 잠시 '대기' 하도록 만듬

2. 다른 태스크를 먼저 수행

3. 태스크가 요청한 자원이 사용 가능해 지면 대기상태의 태스크를 다시 '수행'

(2) TASK_RUNNING(running) 상태의 수준

- 실제로 실행중인 TASK_RUNNING(running) 상태는 다시 사용자 수준 실행 상태와 커널 수준 실행 상태로 구분할 수 있음

(3) 커널 수준의 프로그램

- 커널 수준의 프로그램은 바로 리눅스 그 자체임

- 리눅스도 C와 어셈블리어로 작성된 S/W이기 때문에 수행되기 위해서는 스택을 필요로 함

- 리눅스 커널은 태스크가 생성될 때마다 태스크 별로 task_struct 구조체와 8KB의 스택을 할당해 줌

- 8KB의 스택은 thread_union이라 불림, thread_info(프로세스 디스크립터) 구조체도 포함 되어있음.

-Pt_regs는 수행을 마친 task가 사용자 수준 실행상태로 복귀하기 이전 수행 작업에 대한 정보 저장 

vim 설치

# yum install vim -y

gcc 설치

# yum install compat-gcc-34 -y

#vim a.c   ( a.c라는 파일을 생성하며 내용 작성 )

:wq로 저장 후 나옴

gcc [옵션] [바이너너리파일] [.c파일]

# gcc -o a a.c

a라고 초록색으로 바이너리 파일이 생성됨

#./a ( 바이너리파일 a를 실행 )

* vim 환경을 제작편하도록 변경

# vim ~/.vimrc (새파일 생성)

리눅스 운영체제에서 기본적으로 최고 관리 권한 계정인 root 계정을 보안상의 이유로 활성화 시켜놓지 않음.

계정이 보안상의 이유로 잠겨 있기 때문입니다.

참고로, 일시적 최고 권한을 얻기 위해 터미널 명령에 접두사로 sudo라는 명령어를 씀.

sudo :

 -  Super User do 의 약자. 하나의 명령에 대해서 일시적으로 최고 관리 권한을 가짐

 - 현재 로그인된 계정의 암호를 물음

또는 일시적으로 최고 관리자 계정을 사용하기 위해 su 라는 명령어를 사용하기도 함.

su :

 - Super User의 약자

 - 최상의 권한을 갖는 유저

 - 해당 터미널 세션에 한해서 일시적으로 root 계정처럼 사용할 수 있도록 권한을 부여

Root 계정 암호 설정하기

초기 root을 사용하기 위해선 계정암호를 설정해야 함

passwd [계정명] 으로 passwd로 변경 할 수 있음.

최상위 권한을 얻어 비번을 바꾸기 위해

# sudo passswd root

후 비밀번호 설정하면됨 

Task 관리

정의

Task :  '자원소유권의 단위'

Thread : '수행의 단위'

Process : '동작중인 프로그램'

사용자 입장에서 프로세스 구조

텍스트 - CPU에서 직접 수행되는 명령어

데이터 - 전역변수 

스택 -  지역변수와 인자 그리고 함수의 리턴 주소  존재

힙 - 동적 할당받은 내용이 존재

 * 이 때 각 영역을 세그먼트 또는 가상 메모리 객체 라고 함

프로세스와 쓰레드의 생성과 수행

1. 새로운 프로세스를 생성하면, 생성된 프로세스(자식 프로세스)와 생성한 프로세스(부모 프로세스)는 서로 다른 주소공간을 갖는다

  반면, 새로운 쓰레드를 생성하면 생성된 쓰레드(자식 쓰레드)와 생성한 쓰레드(부모 쓰레드)는 서로 같은 주소공간을 공유한다.

2. - 같은 프로세스에서 새로운 쓰레드를 생성할 경우 기존 쓰레드와 생성된 다른 쓰레드가 함께 동작하고 있는 것으로 볼 수 있다.

  즉, 한 프로세스에 2개의 쓰레드가 동작하는 것. (한 프로세스에 여러 쓰레드가 동작하는 모델 = 다중 쓰레드 시스템)

   - 쓰레드 생성은 새로이 모든 자원을 생성해 주어야 했던 프로세스에 비해 생성에 드는 비용이 비교적 적다.

3. 자식 쓰레드에서 결함이 발생하면 그것은 부모 쓰레드로 전파된다.

  반면 자식 프로세스에서 발생한 결함은 부모 프로세스에게 전달되지 않음

  결국, 쓰레드 모델은 지원공유에 적합하며, 프로세스 모델은 결함 고립에 적합한 프로그래밍 모델이다.

리눅스의 태스크 모델

프로세스는 자신이 사용하는 자원과 그 자원에서 수행되는 수행 흐름으로 구성.

이를 관리하기 위해 각 프로세스마다 task_struct라는 자료 구조를 생성

리눅스 커널은 프로세스 또는 쓰레드 중에서 어떤 것이 요청될 지라도, 모두 task_struct 자료 구조로 동일하게 관리

즉, 사용자 수준에서 쓰레드를 생성하면 그 쓰레드의 존재를 커널도 안다

태스크 문맥

태스크와 관련된 이러한 '모든' 정보를 문맥이라고 부름.

- 시스템 문맥 : 태스크의 정보를 유지하기 위해 커널이 할당한 자료구조들

  (task_struct, 파일 디스크립터, 파일 테이블, 세그먼트 테이블, 페이지 테이블 등) 

- 메모리 문맥 : 텍스트, 데이터, 스택, heap 영역, 스왑 공간 등이 여기에 포함

- 하드웨어 문맥 : 문맥 교환 할 때 태스크의 현재 실행 위치에 대한 정보를 유지하며, 쓰레드 구조 또는 하드웨어 레지스터 문맥 이라 불림

각 변수를 관련 있는 것 끼리 구분

가. task identification

- 태스크 ID를 나타내는 pid, 태스크가 속해있는 쓰레드 그룹 ID를 나타내는 tgid,

  pid를 통해 해당 태스크의 task_struct를 빠르게 찾기 위해 커널이 유지하고 있는 해쉬 관련 필드 등의 변수가 있음

 (uid[사용자 ID], euid[유효 사용자ID], suid[저장된 사용자 ID], fsuid[파일시스템 사용자 ID], gid, egid, sgid, fsgid)

나. state

- 생성에서 소멸까지 많은 상태를 거치며, 이를 관리하기 위한 state변수가 존재

(TASK_RUNNING(0), TASK_INTERRUPTIBLE(1), TASK_UNINTERRUPTIBLE(2), TASK_STOPPED(4), TASK_TRACED(8), EXIT_DEAD(16), EXIT_ZOMBIE(32))

다. task realationship

- 태스크는 생성되면서 가족 관계를 갖음

- 현재 테스크를 생성한 부모 태스크의 task_struct 구조체를 가리키는 real_parent와 현재 부모 태스크의 task_struct 구조체를 가르키는 parent 필드가 존재

라. scheduling information

- task_struct에서 스케줄링과 관련된 변수 : prio, policy, cpus_allowed

마. signal information

- 시그널은 태스크에게 비동기적인 사건의 발생을 알리는 매커니즘

- 관련 변수 : signal, sighand, blocked, pending

바. memory information

- 태스크는 자신의 명령어와 데이터를 텍스트, 데이터, 스택 그리고 힙 공간 등에 저장

- task_struct엔 이 공간에 대한 위치와 크기, 접근 제어 정보 등을 관리하는 변수 존재

사. file information

- 태스크가 오픈한 파일들은 task_struct에서 files_struc구조체 형태인 files라는 이름의 변수로 접근 가능

- 루트 디렉터리의 inode와 현재 디렉터리의 inode는 fs_struct 구조체 형태인 fs라는 변수로 접근 가능

아. thread structure

- 문맥 교환을 수행할 때 태스크가 현재 어디까지 실행되었는지 기억해놓는 공간

자. time information

- 태스크 시간 정보를 위한 변수로는 태스크가 시작된 시간을 가리키는 start_time, real_start_time 이 있음

- 사용한 CPU 시간의 통계를 담는 필드도 있음

차. format

- 리눅스는 Linux exec 도메인뿐만 아니라 BSD나 SVR4 exec 도메인도 지원

  * BSD나 SVR4 커널에서 컴파일 된 프로그램도 리눅스에서 재 컴파일 없이 수행 될 수 있다는 의미

- personality 변수 사용

- 이진 포맷을 지원하기 위한 필드가 thread_info 내에 존재

카. resource limits

- 태스크가 사용할 수 있는 자원의 한계를 의미

- rlim_max : 최대 허용 자원의 수

  rlim_cur : 현재 설정된 허용 자원의 수

- 자원의 한계가 배열로 구현되어 있으며, 현재 리눅스 커널에는 최대 16개의 자원에 대한 한계를 설정