Linux进程调度与进程结构



Linux进程调度  

一、调度策略类型

Linux内核的进程是通过双链表的方式将进程的struct task_struct结构连接在一起， task_struct结构里面包含了与一个进程相关的全部信息(比如进程的状态、优先级、进程的地址空间等)；每个进程都有一个唯一的进程描述符，linux就是通过进程描述符来感知一个进程的存在或者消亡，进程的结构定义在内核的中。

下面是linux内核进程调度策略的定义

Linux进程调度

1、SCHED_NORMAL(SCHED_OTHER):普通的分时进程，这是普通的用户进程，进程的缺省类型，采用动态优先调度策略，选择进程的依据主要是根据进程goodness值的大小。这种进程在运行时，可以被高goodness值的进程抢先。

2、SCHED_FIFO:先入先出的实时进程，旦占用cpu则一直运行。一直运行直到有更高优先级任务到达或自己放弃。

3、SCHED_RR:时间片轮转的实时进程，每次调度，把CPU分配队首进程，并令其执行一个时间片。当执行的时间片用完时，由一个记时器发出一个时钟中断请求，该进程被停止，并被送往就绪队列末尾；依次循环。

4、SCHED_BATCH:批处理进程

5、SCHED_EDLE:只有系统空闲事才能够被调度执行的进程

二、调度分类

      1、CFS（Completely Fair Scheduler，CFS）调度类：SCHED_NORMAL、SCHED_BATH、SCHED_IDLE

      2、实时调度类：SCHED_RR、SCHED_FIFO

三、调度时机

1、主动式：在内核中直接调用schedule()。当进程需要等待资源等而暂时停止运动时，会把状态置于挂起（睡眠），并主动请求调度，让出CPU。

2、被动式(抢占)

     用户抢占：Linux2.4、Linux2.6

     内核抢占：Linux2.6

   （1）用户抢占

           用户抢占发生在：从系统调用返回用户空间、从中断处理程序返回到用户空间。

     （2）内核抢占：

             在不支持内核抢占的系统中，进程/线程一旦运行于内核空间，就一直执行，知道它主动放弃或时间片耗尽为止。这样一些非常紧急的进程或线程将长时间得不到运行。

             在支持内核抢占的系统中，更高优先级的进程/线程可以抢占正在内核空间运行的低优先级进程/线程。

             在支持内核抢占的系统中，默写特例下不允许内核抢占：

             a）内核正进行中断处理。进程调度函数schedule（）会对此作出判断，如果是在中断中调用，会打印错误信息。

             b）内核正在进行中断上下文的Bottom Half（中断的底半部）处理。硬件中断返回前会和执行软中断，此时仍然处于中断上下文中。

              c）进程挣持有spinlock自旋锁、writelock/readlock读写锁等，当持有这些锁时，不应该被抢占，否则由于抢占将导致其他CPU长期不能获得锁而死等。

             d）内核正在执行调度程序Scheduler。抢占的原因就是为了新的调度，没有理由将调度程序抢占掉再运行调度程序。

       为了保证LInux内核在以上情况下不会被抢占，抢占式内核使用了一个变量preempt_count，称为内核抢占计数。这一变量被设置在进程的thread_info结构中。每当内核要进入以上几种状态时，变量preempt_count就加1，指示内核不允许抢占。每当内核从以上几种状态退出时，变量preempt_count就减1，同时进行可抢占的判断与调度。

内核抢占可能发生在：

               中断处理程序完成，返回内核空间之前。

                当内核代码再一次具有可抢占性的时候，如解锁及使能软中断等。

四、Schedule函数工作流程：

1）清理当前运行的进程

2）选择下一个要运行的进程（pick_next_task）

3）设置新进场的工作环境。

4）进程上下文切换。 

 

五、进程描述符的分配：

Linux通过一slab分配器来创建task_struct进程结构，各个task_struct放在内核栈的尾端，只要通过一个栈指针就可以找到task_struct的位置，由于进程结构通过slab分配器动态地创建，所以在栈尾创建了一个新的结构struct thread_info，thread_info结构根据所选用的处理器架构不同会有小的差别，thread_info被定义在arch\xxx\Include\asm中(xxx表示所选用的处理器架构)，如MIPS架构的thread_info定义如下：

进程中的内核堆栈与进程描述符的关系如下图：