第7章 进程调度

 

1 Linux进程简介

• Linux中，进程的优先级是动态的
• Linux 2.6开始，内核是抢占式的
• 内核线程没有自己的地址空间，整个内核共享内核的虚拟地址
• Linux采用对称多处理模型，每个CPU地位相同

 

 

2 进程分类

进程可以分为普通进程（包括交互式进程、批处理进程）、实时进程。

交互式进程和实时进程的区别是：

交互式进程是用于用户交互的进程，需要控制响应时间较短而且不能波动—— 不能太短也不能太长；

实时进程需要最高进程优先级和最短的响应时间。

 

 

3 普通进程的调度

3.1 静态优先级

内核用100~139表示普通进程的静态优先级，值越大静态优先级越小

静态优先级和nice成正相关，100~130分别对应nice值的-20~19

静态优先级通过影响进程时间片来影响进程执行的“优先级” —— Linux进程基于时间片调度

父进程生成新进程的时候，会把自己的时间片也分一半给子进程；子进程执行完如果时间片没有用完时间片，会返回给父进程！

 

3.2 动态优先级

动态优先级在调度程序选择执行进程的时候使用

静态优先级（正相关） && 平均睡眠时间（负相关，确定交互式进程/批处理进程） => 动态优先级

 

3.3 活动进程和过期进程

活动进程：时间片还没用完，应该是被抢占的进程

过期进程：时间片被用完，因为没有被阻塞，所以肯定还是TASK_RUNNING状态，只不过执行完后放在过期进程链表最后了

用完时间片的活动批处理进程总是变成过期进程，而用完时间片的活动交互式进程，会被重新填时间片并仍旧是活动进程！

（交互式进程占用CPU处理量很小，所以优先级很高也没有问题）

运行进程结构体runqueue里面有包括活动进程和过期进程的两个链表：prio_array_t [2] arrays

因为活动进程和过期进程会进行交换，所以需要有两个链表指针来进行操作：prio_array_t *active; prio_array_t *expired

 

 

4 实时进程的调度 

4.1 实时进程简介

实时进程有一个实时优先级，调度程序总是让实时优先级高的进程执行；

和交互式进程一样，实时进程也总是活动进程；

 

4.2 实时进程被取代的情况

• 实时进程被另一个更高优先级的实时进程取代
• 进程本身执行了阻塞操作并休眠，或者执行力sche_yield()主动让出CPU
• 进程停止或被杀死

普通进程基于时间片执行，实时进程基于优先级调度。

 

 

5 调度程序使用的函数

5.1 实时进程scheduler_tick()

① 每次时钟节拍到来时都会调用 —— 应该指的是Linux的1ms周期的时钟节拍

② 如果当前进程是FIFO，什么都不做；如果是基于时间片的调度策略，往下走

③ 首先递减时间片计数器，并检查是否已经用完时间片 —— 如果用完，就进行进程调度

• 重填进程的时间片
• 设置RIF_NEED_RESCHED标志，准备进程调度
• 把当前进程描述符从当前活动链表头移到当前活动链表的尾部

 

5.2 普通进程scheduler_tick()

和实时进程的调度步骤基本一致，差别在于最后不是把进程从链表头移到链表尾，而是：

把当前进程插入活动进程集合（交互式进程，执行完时间片仍旧是活动进程）或者过期进程（批处理进程，执行完就过期）。

 

 

5.3 try_to_wake_up()

① 禁用本地中断

② 为当前进程寻找合适的CPU及其runqueue

• 如果系统中某些CPU空闲，就选择空闲CPU的rq作为目标
• 如果该进程所属的CPU的工作量远小于本地CPU的工作量，就选择该进程所属CPU的rq
• 如果进程最近被执行过，就选择老的运行队列作为目标

③ 把进程state设置为TASK_RUNNING

④ 打开本地中断并返回

 

5.4 recalc_task_prio()

更新进程的平均睡眠时间和动态优先级

 

5.5 schedule()

当前进程被阻塞时调用schedule()；

① 直接调用

• 把current插入适当的等待队列
• 把current进程状态改为TASK_INTERRUPTIBLE或TASK_UNINTERRUPTIBLE
• 调用schedule()
• 多次检查资源是否可用，不可用回到2，可用就从等待队列删除当前进程

② 延迟调用

如果把TIF_NEED_RESCHED置位，就会在每次检查TIF_NEED_RESCHED的时候触发进程调度；

③ 步骤

• 禁用内核抢占，关闭本地中断，获取自旋锁
• 从可运行队列中获取next进程
• 进行进程切换：加载next进程，开始运行next

 

 

6 与调度相关的系统调用

nice()：降低当前进程的优先级（对其它进程很nice）；已被setpriority()取代

getpriority()：返回 20 - 给定组中所有进程中最低nice值

setpriority()：把给定组中所有的进程的基本优先级都设置为一个给定的值

sched_getscheduler()：查询由pid参数所表示的当前进程所用的调度策略，包括SCHED_FIFO，SCHED_RR，SCHED_NORMAL；

sched_setscheduler()：设置调度策略

sched_yield()：进程自愿放弃CPU，但是仍保持TASK_RUNNING状态；

如果是普通进程，调度程序把它放到运行队列的过期进程集合中；

如果是实时进程，调度程序把它放到运行队列链表的末尾