一、概述

決定何時(shí)、如何選擇一個(gè)新進(jìn)程運(yùn)行的這組規(guī)則叫做：調(diào)度策略(scheduling policy)。

Linux的調(diào)度是基于分時(shí)技術(shù)(time sharing)：多個(gè)進(jìn)程以“時(shí)間多路復(fù)用”方式運(yùn)行，因?yàn)镃PU的時(shí)間唄分成“片”(slice)，給每個(gè)可運(yùn)行進(jìn)程分配一片。如果當(dāng)前運(yùn)行進(jìn)程的時(shí)間片或時(shí)限(quantum)到期時(shí)，該進(jìn)程還沒(méi)有運(yùn)行完畢，進(jìn)程切換就會(huì)發(fā)生。

調(diào)度策略也是根據(jù)進(jìn)程的優(yōu)先級(jí)對(duì)它們進(jìn)行分類(lèi)。在Linux中，進(jìn)程優(yōu)先級(jí)是動(dòng)態(tài)的：在較長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)沒(méi)有運(yùn)行的進(jìn)程，會(huì)動(dòng)態(tài)提升它們的優(yōu)先級(jí)；相反地，對(duì)于在CPU上運(yùn)行較長(zhǎng)時(shí)間的進(jìn)程，會(huì)降低它們的優(yōu)先級(jí)來(lái)懲罰它們。

所以，實(shí)現(xiàn)調(diào)度的工具是調(diào)度器(scheduler)，調(diào)度的對(duì)象是進(jìn)程(process)，調(diào)度的方法是調(diào)度策略(包括調(diào)度算法)。

二、CPU調(diào)度器

這里主要講了cpu調(diào)度器的工作內(nèi)容和目的：

多個(gè)task會(huì)共享CPU資源

那如何進(jìn)行任務(wù)切換選擇呢？

當(dāng)前運(yùn)行的task中止

當(dāng)前運(yùn)行的task sleep(wait event)

新task創(chuàng)建，或者sleep的task喚醒了

當(dāng)前運(yùn)行的task的時(shí)間片用完

那調(diào)度器的目標(biāo)是什么？

公平調(diào)度各個(gè)task

基于task的優(yōu)先級(jí)來(lái)分配時(shí)間片

task的respnse時(shí)間短

高throughput(task執(zhí)行成功)

在多個(gè)cpu間，負(fù)載均衡

低功耗

調(diào)度器代碼運(yùn)行開(kāi)銷(xiāo)低

調(diào)度器會(huì)和工作在一些框架、服務(wù)器、PC、嵌入式/手機(jī)中。

三、O(1)調(diào)度器

在2.6.23(2007)以前，Linux調(diào)度器使用的是O(1)調(diào)度器：

調(diào)度器分140個(gè)優(yōu)先級(jí)等級(jí)：0-99是RT task，100-139是User task

每個(gè)cpu的runqueue有2個(gè)數(shù)組：Active，Expaired

每個(gè)數(shù)組都有140個(gè)entry，對(duì)應(yīng)每個(gè)優(yōu)先級(jí)

每個(gè)entry是一條FIFO隊(duì)列結(jié)構(gòu)的鏈表

140位的bitmap用來(lái)檢測(cè)每個(gè)優(yōu)先級(jí)list

時(shí)間片會(huì)根據(jù)task的優(yōu)先級(jí)進(jìn)行分配

運(yùn)行時(shí)間expaire的task會(huì)從Active數(shù)組移動(dòng)到Expaired數(shù)組

當(dāng)Active數(shù)組為空時(shí)，就交換2個(gè)數(shù)組。即，將Expaired數(shù)組變?yōu)锳ctive；Active(此時(shí)為空)變?yōu)镋xpaired

task的入rq和出rq，以及next task的選擇都是在固定時(shí)間內(nèi)完成

最后在O(1)調(diào)度器已經(jīng)被CFS替代。

四、當(dāng)前調(diào)度器架構(gòu)

在kernel 2.6.23(2007)后，由Ingo Molnar引入

在調(diào)度的class中，還存在調(diào)度policy

不同的調(diào)度class，高優(yōu)先級(jí)的，越早執(zhí)行

task可以在cpu、調(diào)度policy、調(diào)度class間進(jìn)行遷移

4.1? 調(diào)度class

由struce sched_class結(jié)構(gòu)體實(shí)現(xiàn)：

structsched_class {const struct sched_class *next;void (*enqueue_task) (struct rq *rq, struct task_struct *p, intflags);void (*dequeue_task) (struct rq *rq, struct task_struct *p, intflags);

...struct task_struct * (*pick_next_task) (struct rq *rq, struct task_struct *prev, struct rq_flags *rf);

...

};

內(nèi)核中一共有5中調(diào)度class，優(yōu)先級(jí)從高到低：STOP > DL > RT > CFS > IDLE，他們通過(guò)鏈表實(shí)現(xiàn)，并鏈接起來(lái)的。

4.2? 主調(diào)度函數(shù)Schedule()

內(nèi)核中進(jìn)程調(diào)度，最主要的實(shí)現(xiàn)是Schedule()函數(shù)。它完成如下工作：

選取下一個(gè)runnable的task，并將task放在cpu上運(yùn)行

按class優(yōu)先級(jí)搜索task來(lái)運(yùn)行，最先從STOP class開(kāi)始

輪詢(xún)搜索：for_each_class()

實(shí)現(xiàn)方式：pick_next_task()：

again:

for_each_class(class) {

p= class->pick_next_task(rq, prev, rf);if(p) {if (unlikely(p ==RETRY_TASK))gotoagain;returnp;

}

}/*The idle class should always have a runnable task:*/BUG();

4.3? 調(diào)度class與policy

在不同的調(diào)度class下，可能會(huì)有不同的調(diào)度policy實(shí)現(xiàn)：

● Stop

○ No policy

● Deadline

○ SCHED_DEADLINE

● Real Time

○ SCHED_FIFO

○ SCHED_RR

● Fair

○ SCHED_NORMAL

○ SCHED_BATCH

○ SCHED_IDLE

● Idle

○ No policy

不同的class代表不同的調(diào)度優(yōu)先級(jí)；不同的policy同樣也意味著不同的調(diào)度方式。

4.4? 調(diào)度class：STOP

STOP類(lèi)型的class有如下特點(diǎn)：

是最高優(yōu)先級(jí)的class(但是這個(gè)class不開(kāi)放給系統(tǒng)user使用的)

只能在smp系統(tǒng)上可用(stop_machine()在單核處理器下不可用)------括號(hào)內(nèi)的具體沒(méi)怎么理解

可以搶占所有task，并任何事件都不能搶占它

實(shí)現(xiàn)方式是：停止運(yùn)行的其他所有task，而在cpu上運(yùn)行一個(gè)特定的函數(shù)

沒(méi)有調(diào)度policy

屬于stop class的per cpu內(nèi)核線(xiàn)程：migration/N ------“N”為cpu core number

在以下情況下使用：task遷移、CPU hotplug、RCU、ftrace、cloclevents等

4.5? 調(diào)度class：Deadline(DL)

Deadline類(lèi)型的class有如下特點(diǎn)：

在kernel 3.14(2013)，由Dario Faggioli & Juri Lelli引入

在系統(tǒng)中，屬于可以使用的最高優(yōu)先級(jí)的class

調(diào)度policy為SCHED_DEADLINE

由紅黑樹(shù)結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)(自平衡樹(shù))

在以下情況下使用：周期性的實(shí)時(shí)task，例如：視頻編解碼

4.6? 調(diào)度Real-time(RT)

Real-time類(lèi)型的class有如下特點(diǎn)：

符合POSIX標(biāo)準(zhǔn)要求

task優(yōu)先級(jí)范圍：0-99

優(yōu)先級(jí)在kernel和userspace中相反：0在kernel中，代表最高優(yōu)先級(jí)；而在userspace中代表最低優(yōu)先級(jí)

相同優(yōu)先級(jí)下的調(diào)度policy：

SCHED_FIFO

SCHED_RR，默認(rèn)時(shí)間片長(zhǎng)度為100ms

由鏈表實(shí)現(xiàn)

在以下情況下使用：latency敏感的task，例如：IRQ threads

4.7? 調(diào)度CFS(Completely Fair Scheduler)

CFS類(lèi)型的class有如下特點(diǎn)：

由Ingo Molnar引入

調(diào)度policy：

SCHED_NORMAL：普通task

SCHED_BATCH：批處理 task(batch task，非交互型)

SCHED_IDLE：低優(yōu)先級(jí)task

由紅黑樹(shù)結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)

跟蹤task的虛擬運(yùn)行時(shí)間(vruntime，task擁有的運(yùn)行時(shí)間)

虛擬運(yùn)行時(shí)間(vruntime)最短的task，最優(yōu)先運(yùn)行

task的優(yōu)先級(jí)作為權(quán)重，會(huì)影響虛擬運(yùn)行時(shí)間的計(jì)算(vruntime)

權(quán)重越大，虛擬運(yùn)行時(shí)間(vruntime)計(jì)算時(shí)的增量就越小

task的優(yōu)先級(jí)計(jì)算：120+nice值(nice范圍：-20 ~ +19)

用于所有其他類(lèi)型的task，例如：shell

4.7? 調(diào)度Idle

Idle類(lèi)型的class有如下特點(diǎn)：

最低優(yōu)先級(jí)的調(diào)度class

沒(méi)有調(diào)度policy

屬于idle class的per cpu內(nèi)核線(xiàn)程(idle)：swapper/N ------“N”為cpu core number

idle線(xiàn)程僅會(huì)在沒(méi)有其他task的情況下，在cpu上運(yùn)行

idle線(xiàn)程可以讓cpu進(jìn)入低功耗狀態(tài)

五、Runqueue

每個(gè)CPU都由一個(gè)struct rq的實(shí)例

每個(gè)”rq“包含了DL、RT、CFS的runqueue

Runnable的task會(huì)被壓入上面提到的那些runqueue中

在struct rq中由很多其他的信息和狀態(tài)

structrq {

...structcfs_rq cfs;structrt_rq rt;structdl_rq dl;

...

}

創(chuàng)作挑戰(zhàn)賽新人創(chuàng)作獎(jiǎng)勵(lì)來(lái)咯，堅(jiān)持創(chuàng)作打卡瓜分現(xiàn)金大獎(jiǎng)

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的linux 4.1.16 ftrace 进程调度,Linux内核进程调度overview(1)的全部?jī)?nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問(wèn)題。

如果覺(jué)得生活随笔網(wǎng)站內(nèi)容還不錯(cuò)，歡迎將生活随笔推薦給好友。