当没有用户代码运行时，CPU会发生什么？

Question

os / rtos安排“空闲任务”听起来是合理的。在那种情况下，它不会耗电吗？ （闲置任务将执行是合理的：while（true）{}）

Answer 1

这取决于操作系统和CPU架构。在x86（与Intel兼容）上，操作系统可能会执行HLT指令，使CPU等到有趣的事情发生，例如硬件中断。这应该消耗很少的能量。操作系统将执行此操作所花费的时间报告为“idle”，甚至可能将其分配给虚构的“空闲”过程。

因此，在Windows任务管理器中，您会发现System Idle Process正在消耗90％的CPU，这实际上意味着CPU没有实际的程序在90％的时间内运行。

这是一篇关于这个主题的好文章：What does an idle CPU do?

Answer 2

从历史上看，有很多不同的方案，特别是在降低闲置功耗之前是一个问题。

通常，有一个“空闲”进程/任务以最低优先级运行，因此在没有其他任何操作时总能获得控制权。许多较旧的系统只是让这个过程运行一个“永远”的循环，循环体中没有任何后果。我听说过一个操作系统会在空闲过程中运行机器诊断。许多早期的PC会运行内存刷新程序（因为内存需要定期循环或者“蒸发”）。

（这种方案的一个好处是，100％减去空闲进程使用的CPU百分比可以提供％CPU利用率 - 操作系统设计人员非常喜欢的功能。）

但大多数现代系统的标准是要么运行“暂停”或“等待”指令，要么在过程控制块中有一个特殊标志，甚至更直接告诉处理器停止运行并进入节能状态模式。

Answer 3

总是要运行代码，如果没有别的东西，则空闲任务就是代码。它可以执行特殊的CPU指令来关闭CPU，直到硬件中断到来。在x86 CPU上，它是hlt（暂停）。

Answer 4

此答案特定于基于Windows NT的操作系统。

空闲线程功能

任务可能因架构而异，但通常这些是由空闲线程执行的任务：

• 启用中断以允许挂起中断
• 禁用中断（使用STI或CLI说明，more on wiki）
• 在DEBUG（或checked）版本中，查询是否附加了内核调试程序，并在请求时允许断点
• 处理延期程序调用
• 检查是否有任何可运行的线程准备好执行。如果有，请使用指向线程的指针更新空闲处理器控制块
• 检查其他处理器的队列，如果可能，调度等待在空闲处理器上执行的线程
• 调用电源管理例程，可以暂停处理器或降低CPU滴答率并执行其他类似的省电活动

其他信息

当逻辑处理器没有可运行的线程时，Windows会执行内核模式空闲线程。只有1个空闲进程具有与逻辑处理器一样多的空闲线程。因此，在具有4个逻辑/物理处理器的四核机器上，将有1个空闲进程和4个空闲线程。

在Windows中，空闲进程的ID = 0，所有空闲线程也是如此。这些对象由标准EPROCESS/KPROCESS和ETHREAD/KTHREAD数据结构表示。但它们不是执行管理器进程和线程对象。没有用户域地址空间，也没有执行用户域代码。

在设置进程管理器和对象管理器之前，在系统引导时静态分配空闲进程。当逻辑处理器生效时，空闲线程结构会动态分配。

空闲线程优先级设置为0.但是，此值实际上并不重要，因为此线程仅在没有其他线程可用时才会执行。空闲线程优先级永远不会与任何其他线程的优先级进行比较。

空闲线程也是preemption的特殊情况。空闲线程主例程KiIdleLoop（implementation中的reactos）执行几个不被其他线程中断的任务。当没有可用的可运行线程在处理器上运行时，该处理器在处理器控制块中被标记为空闲。然后，如果可运行的线程到达计划执行的队列，则该线程的地址指针存储在空闲处理器控制块的NextThread指针中。在空闲线程运行期间，在while循环内的每次迭代都会检查此指针地址。

^{来源：Windows Internals。 M. Russinovich。第6版。第1部分，第453-456页。}