聊聊Linux内核进程调度上篇

基本介绍

• Linux的进程调度器是内核中最重要的核心组件，它决定了一个进程合适获取CPU的时间以及占用CPU的时间。最佳情况下每个进程需要CPU执行指令的时间，如果需要保证进程之间的如何合理的分配CPU的指令执行时,进程的调度器需要具备如下的特性.

• Linux进程调度器采用类似于vfs
  的设计采用简单的两层结构模式，第一层是通用调度器，定义作为进程调度器的入口抽象层；第二层是调度器的具体实现，根据调度策略实现进程的调度的器的具体实现。第一层的使用了struct sched_class
  来描；第二层是具体的具体的调度器包括deadline调度器(struct sched_class dl_sched_class)
  、实时调度器(struct sched_class rt_sched_class)
  、完全公平调度器(struct sched_class fair_sched_class)
  
  

• 内核中运行队列包含了所有的进程，每个CPU都有一个运行队列，各自的进程运行队列都会在各自的CPU队列争夺CPU的运行时间。实际的进程调度器都会嵌入到每个CPU的运行队列中。内核中进程运行队列是通过struct rq
  来定义

// 省略大部分字段，着重描述下运行队列中的一些字段
struct rq {
	// 每个CPU的运行队列的锁
	raw_spinlock_t		lock;
	// 运行队列的进程数
	unsigned int		nr_running;
	// 当前CPU上的负载
	struct load_weight	load;
	// 进程切换的次数
	u64			nr_switches;
	// 公平调度器
	struct cfs_rq		cfs;
	// 实时调度器
	struct rt_rq		rt;
	// deadline调度器
	struct dl_rq		dl;

	unsigned long		nr_uninterruptible;
	// 正在运行的进程任务
	struct task_struct	*curr;
	// 空闲的进程任务
	struct task_struct	*idle;
	// 停止的进程任务
	struct task_struct	*stop;
	unsigned long		next_balance;
};

进程调度实现

• 进程调度是调用进程第一层的通用调度器，内核是从__schedule()
  函数开始，该函数是挑选下一个最佳的可运行的进程任务。__schedule()
  函数中的pick_next_task()
  遍历实际调度器中的函数，并选择出下一个最佳的任务。如果其他实际调度器没有更高的优先级可运行的进程任务，则pick_next_task()
  会选择完全公平调度器
  中寻找下一个进程任务。

static void __sched notrace __schedule(bool preempt)
{
	next = pick_next_task(rq, prev, &rf);
}
 // 选择一个优先级最高的进程执行
static inline struct task_struct *pick_next_task(struct rq *rq, struct task_struct *prev, struct rq_flags *rf)
{
	const struct sched_class *class;
	struct task_struct *p;


	if (likely((prev->sched_class == &idle_sched_class ||
		    prev->sched_class == &fair_sched_class) &&
		   rq->nr_running == rq->cfs.h_nr_running)) {

		p = fair_sched_class.pick_next_task(rq, prev, rf);
		if (unlikely(p == RETRY_TASK))
			goto again;

		if (unlikely(!p))
			p = idle_sched_class.pick_next_task(rq, prev, rf);

		return p;
	}

again:
	for_each_class(class) {
		p = class->pick_next_task(rq, prev, rf);
		if (p) {
			if (unlikely(p == RETRY_TASK))
				goto again;
			return p;
		}
	}

	BUG();
}