我們知道操作系統(tǒng)的特性是：在任何時間內，CPU有且只有一個任務在運行。如果沒有一個任務在運行，CPU在做什么的?

事實證明，這種情況非常普遍，對于大多數個人計算機來說，它實際上是常態(tài)：睡眠過程的進程，都在等待某些條件喚醒，而近100%的CPU時間正在這個神秘的“空閑任務”中。事實上，如果CPU一直忙于普通用戶，那通常是有問題的，或者是惡意軟件在霸占CPU。

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為了保持設計的一致性，OS開發(fā)人員創(chuàng)建了一個空閑任務，當沒有其他工作時，該任務將被安排運行。我們在Linux 啟動過程中已經看到，空閑任務是進程0，它是計算機首次打開時運行的第一條指令的直接后代。它在rest_init中 初始化，其中init_idle_bootup_task初始化空閑調度類。

簡而言之，Linux支持不同的調度類，例如實時進程，常規(guī)用戶進程等。當選擇進程成為活動任務時，將按優(yōu)先級順序查詢這些類。這樣，“核反應堆控制代碼”總是在Web瀏覽器之前運行。但是，這些類通常會返回NULL，這意味著它們沒有合適的運行過程 - 它們都在睡覺。但是最后運行的空閑調度類永遠不會失?。核偸欠祷乜臻e任務。

這一切都很好，但讓我們來看看這個空閑任務究竟在做什么。cpu_idle_loop，如下：

cpu_idle_loop

while（1）{ while（！need_resched（））{ cpuidle_idle_call（）; } 
  
 / * 
 [注意：切換到其他任務。當 
 再次選擇空閑任務運行時，我們將返回此循環(huán)。] 
 * / 
 schedule_preempt_disabled（）; 
} 

我已經省略了很多細節(jié)，我們稍后會仔細研究任務切換，但是如果你閱讀了代碼，你會得到它的重要信息：只要不需要重新安排，即改變活動任務，CPU就會一直空閑。以經過的時間來衡量，這個循環(huán)及其在其他操作系統(tǒng)中的表兄弟可能是計算歷史中執(zhí)行最多的代碼片段。對于英特爾處理器，傳統(tǒng)上保持空閑意味著運行暫停指令：

native_halt

static inline void native_halt(void) 
{ 
 asm volatile("hlt": : :"memory"); 
} 

hlt停止處理器中的代碼執(zhí)行并將其置于暫停狀態(tài)。奇怪的是，全世界數以百萬計的類似英特爾的CPU正在花費大部分時間停止工作，即使在他們通電的情況下也是如此。它也不是非常有效的節(jié)約能源，這導致芯片制造商為處理器開發(fā)更深層次的睡眠狀態(tài)，從而在更長的喚醒延遲中消耗更少的功耗。內核的cpuidle子系統(tǒng)負責利用這些節(jié)能模式。

現在，一旦我們告訴CPU停止或睡眠，我們需要以某種方式讓它恢復活力。如果您已閱讀過我以前的文章，您可能會懷疑涉及到中斷，實際上它們也是如此。中斷會刺激CPU退出暫停狀態(tài)并恢復運行。所以把這些放在一起，這是你的電腦在閱讀這篇文章時所做的大部分工作

除定時器中斷外的其他中斷也會使處理器再次運行。如果你點擊一個網頁就會發(fā)生這種情況，例如：你的鼠標發(fā)出一個中斷，它的驅動程序處理它，突然一個進程可以運行，因為它有新的輸入。此時need_resched()返回true，并且啟動空閑任務以支持您的瀏覽器任務。

這是隨時間變化的空閑循環(huán)：

在這個例子中，內核將定時器中斷編程為每4毫秒(ms)發(fā)生一次。這是滴答期。這意味著我們每秒獲得250個滴答，因此滴答率或滴答頻率為250 Hz。這是在英特爾處理器上運行的Linux的典型值，100赫茲是另一個人群的最愛。這在CONFIG_HZ構建內核時在選項中定義。

現在看起來對于空閑CPU來說看起來像是一項非常多的毫無意義的工作，而且確實如此。如果沒有來自外界的新鮮輸入，CPU將繼續(xù)陷入這種地獄般的小睡狀態(tài)，在您的筆記本電腦電池耗盡時，每秒鐘會被喚醒250次。如果這是在虛擬機中運行，我們將從主機CPU燒掉電源和時鐘周期。

這里的解決方案是動態(tài)勾選，以便當CPU空閑時，定時器中斷被取消激活或重新編程，以便在內核知道將要工作的地方發(fā)生(例如，進程可能有一個定時器)在5秒內到期，所以我們不能睡過去)。這也稱為無滴答模式。

最后，假設您在系統(tǒng)中有一個活動進程，例如長時間運行的CPU密集型任務。這幾乎與空閑系統(tǒng)完全相同：上述圖保持大致相同，只需將一個進程替換為空閑任務，圖景就是準確的。在那種情況下，每隔4毫秒中斷任務是沒有意義的：它只是操作系統(tǒng)抖動，從而減慢了你的工作量。Linux還可以在這個單進程場景中停止固定速率滴答，即所謂的自適應滴答模式。最終，固定速率蜱可能會消失完全。

這對于一個文章來說已經足夠發(fā)散了。內核的空閑行為是操作系統(tǒng)難題的重要組成部分，它與我們將看到的其他復雜情況非常相似，因此這有助于我們構建正在運行的內核的圖景。