生活随笔
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kernel笔记——进程调度
小編覺得挺不錯的,現在分享給大家,幫大家做個參考.
調度器完成以下任務：
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時鐘中斷(或類似的定時器)時間內刷新進程的時間片，設置進程調度標志 系統調用返回或中斷完成時檢查調度標志 ?
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schedule函數
內核代碼中完成進程調度的函數為schedule()，該函數中包含以下調用：
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put_prev_task(rq, prev); next = pick_next_task(rq); context_switch(rq, prev, next); ?
schedule首先將當前執行函數放入運行隊列，然后選擇下一個要運行的進程(怎么選擇下一個進程，這部分就是調度算法的工作)，最后完成進程上下文切換。
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由A進程進入schedule函數，從函數出來將變成B進程，A進程調用schedule相當于放棄cpu資源，進程從R狀態變成S等其他狀態都會經過schedule。在vmcore中，我們可以看到S狀態進程進入S狀態前最后一個調用的函數為schedule：
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crash> ps | grep sshd 1300 1 0 ffff81024fba1810?IN?0.0 26088 1380 sshd crash> bt 1300 PID: 1300 TASK: ffff81024fba1810 CPU: 0 COMMAND: "sshd" #0 [ffff81026a2e9cd8]?schedule?at ffffffff802d9025 #1 [ffff81026a2e9da0] schedule_timeout at ffffffff802d9a6b #2 [ffff81026a2e9df0] do_select at ffffffff801935f2 #3 [ffff81026a2e9ed0] sys_select at ffffffff80193880 #4 [ffff81026a2e9f80] system_call at ffffffff8010ad3e …… 進程可以是“被調度”，而有的進程或線程主動調用schedule，放棄cpu，例如ksoftirqd內核線程。
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進程優先級
早期的調度算法根據進程優先級計算進程運行的時間片、選擇被調度的進程。對于普通進程(normal process)而言，nice表示其優先級，nice的取值范圍為-20~19，nice值越大優先級越低；對于實時進程(real time process)而言，優先級的取值范圍為0～99，同樣值越大優先級越低。
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內核代碼中nice取值范圍對應100~139，MAX_RT_PRIO宏定義了實時進程優先級與nice取值的分界點，實時進程的優先級比普通進程優先級高。
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通過top、ps等命令我們可以查到進程的優先級，以下為top命令輸出的下半部分，進程信息的查詢結果：
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? ?PID USER ??PR? NI ? ?VIRT RES ?SHR ? S ?%CPU %MEM ? ? ?TIME+ ?COMMAND ? ? ?22 ?root ? 20 ? ?0 ? ? ? ?0 ? ? 0 ? ? ?0 ? R ? ? ?1.9 ? ? ?0.0 ?60:23.34 ?ksoftirqd/9 ? 8689 ?root ? 20 ? ?0 ?273m 67m ?11m ?S ? ? ? 0.0 ? ? ?0.4 ? 2:04.01 ?java 11058 ?root ? 39 ? 19 ? ? ? 0 ? ? 0 ? ? ?0 ? S ? ? ? 0.0 ? ? ?0.0 ? 1:45.68 ?kipmi0 11771 ?root ?-98 ? ?0 20388 19m 7256 ? S ? ? ? 0.0 ? ? ?0.1 ? 0:16.06 ?had ? ? ? 3 ?root ? RT ? ?0 ? ? ? ?0 ? ? 0 ? ? ?0 ? S ? ? ? 0.0 ? ? ?0.0 ? 0:00.00 ?migration/0 ?
其中(PR列值+100)指示進程優先級，以上輸出中，java進程優先級為120，為普通進程；had進程優先級為2，為實時進程。RT表示該進程為實時進程，并且優先級為0。
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可以使用renice命令設置普通進程的優先級：
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linux #?renice?10 -p 21691 21691: old priority -20, new priority 10 ?
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調度算法
從最初的遍歷O(n)算法，到2.5版kernel的O(1)算法，再到2.6版kernel的CFS(completely fair scheduler)，調度算法被不斷地改進。
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O(1)調度算法使得調度器選擇下一個執行進程的時間變為常量，不隨可運行進程數量變化，但其有以下缺點：
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動態調整進程優先級的算法很復雜，不易于代碼維護 不“偏袒”交互型程序，假如響應鼠標移動的進程與某后臺進程有同一優先級，在鼠標被移動時，另一進程可能更先獲得調度，這使得鼠標移動響應慢或有重影 ?
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因而應用于服務器，O(1)調度算法表現尚可，在交互性更強的桌面應用方面就強差人意。
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CFS解決了以上O(1)算法問題，它的核心數據結構為紅黑樹，該紅黑樹的key為進程的虛擬運行時間(vruntime)。每次調度時選擇具有最小vruntime的進程執行，即紅黑樹最左邊的結點相應的進程。
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CFS調度算法中，交互型的進程將獲得更大的權重、更多被執行的機會。假如現在有一個vruntime為1ms的交互型進程，另有一個vruntime為10ms的cpu消耗型進程，調度器連續調度交互型進程10次，再調度vruntime為10ms的cpu消耗型進程。Android中使用的調度方法亦為CFS。
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之前的調度算法中，nice優先級決定進程的時間片大小，在CFS中，nice與進程權重關聯，權重大的進程獲得的運行時間就長。prio_to_weight數組定義了nice與權重的對應關系，該數組在中定義。
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調度策略
kernel提供了5種調度策略，針對普通進程，有以下3種：
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SCHED_OTHER SCHED_BATCH SCHED_IDLE ?
這3種調度策略對應的進程，按CFS方式調度，優先級依次降低。
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針對實時進程，有以下2種：
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SCHED_FIFO SCHED_RR ?
FIFO即先到先服務，具備該調度策略的進程將一直運行，直至其被I/O請求掛起或被具有更高優先級的實時進程搶占。
RR即輪叫調度(Round Robin)，除設定了進程運行的最大時間片外，其他調度方式與FIFO相同。
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因實時進程的優先級比普通進程的優先級都要高，具備以上調度策略的進程變為可運行狀態時，都將搶占以CFS方式調度的普通進程。
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CFS調度算法相關的代碼在sched_fair.c中，實時進程相關的調度算法在sched_rt.c中定義。
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與進程調度策略相關的函數調用有以下兩個，分別用于獲取、設置進程調度策略：
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sched_getscheduler sched_setscheduler 以下程序示例使用sched_setscheduler調用，將程序自身的優先級設置為最高的實時優先級：
// sched_test.c #include #include #include int main() { ? ? struct sched_param param; ? ? param.sched_priority = sched_get_priority_max(SCHED_FIFO); ? ??sched_setscheduler(getpid(), SCHED_FIFO, ?m); ? ? printf("running...\n"); ? ? while(1); ? ? return 0; } ?
執行程序之后，我們在top中可以看到
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? ? PID USER ?PR? NI ? VIRT ? RES ?SHR ?S ?%CPU ?%MEM ? ?TIME+ ? ?COMMAND 24484 ? root ?RT? ? 0 ? 3704 ? 400 ? 316 ?R ? ? 100 ? ? ?0.0 ? 1:32.51 ? ?sched_test ?
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設置實時進程的優先級只能通過函數調用，不像設置nice值，可使用renice命令。
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負載均衡
對于多核cpu，kernel的調度器還需要解決另一個問題：如何在多核間做到負載平衡。若一個核忙于跑程序，而其他核是空閑的，那么就失去了多核存在的意義。
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對于對稱多處理(symmetric multiprocessing,SMP)架構的cpu，同一物理cpu中，多核間可共享cache，物理cpu之間則不能。因而在同一物理cpu多核間移動進程，相比物理cpu間移動進程，開銷要小。
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migration內核線程完成平衡多核工作負載的工作，migration以以下方式拉起：
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時鐘中斷處理函數timer_interrupt調用scheduler_tick函數 在scheduler_tick中，trigger_load_balance函數被調用 若滿足調整cpu負載條件，trigger_load_balance通過raise_softirq調用產生一個軟中斷 后續軟中斷得到處理，?migration線程被拉起，完成負載平衡工作 另外我們可以通過taskset命令設置某進程在某個特定cpu上執行，并且不參與負載平衡調度：
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linux # taskset -cp 0 ./sched_test ?
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以上命令設置sched_test在0號cpu上運行，使用top我們可以看到執行的效果：
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linux # ps -elf | grep test | grep -v grep 4 R root?24502?24053 99 -40 - - 633 - 12:49 pts/7 00:00:15 ./sched_test linux # top -p?24502 top - 12:50:19 up 5 days, 3:04, 7 users, load average: 1.55, 1.86, 2.16 Tasks: 1 total, 1 running, 0 sleeping, 0 stopped, 0 zombie Cpu0 :100.0%us, 0.0%sy, 0.0%ni, 0.0%id, 0.0%wa, 0.0%hi, 0.0%si, 0.0%st Cpu1 : 0.0%us, 0.0%sy, 0.0%ni,100.0%id, 0.0%wa, 0.0%hi, 0.0%si, 0.0%st Cpu2 : 0.0%us, 0.0%sy, 0.0%ni,100.0%id, 0.0%wa, 0.0%hi, 0.0%si, 0.0%st Cpu3 : 0.0%us, 0.0%sy, 0.0%ni,100.0%id, 0.0%wa, 0.0%hi, 0.0%si, 0.0%st Mem: 23980M total, 375M used, 23604M free, 37M buffers Swap: 2055M total, 0M used, 2055M free, 221M cached ? PID USER PR NI VIRT RES SHR S?%CPU?%MEM ? TIME+ COMMAND 24502 root RT ?0 2532 364 292 R ?100??0.0 0:40.73 sched_test ?
Reference: Chapter 4 - Process Scheduling, ?Linux kernel development.3rd.Edition
總結
以上是生活随笔 為你收集整理的kernel笔记——进程调度 的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。
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