4 进程调度幻灯片.pptVIP

* * 从设计层面来总结Linux进程调度一些设计思想： 把进程抽象成进程描述符task_struct：包含进程所必需的数据，如状态信息、调度信息、优先级信息、内存页信息等。 把需要调度的东西抽象成调度实体sched_entity：调度实体可以是进程、进程组、用户等。这里包含负载权重值、对应红黑树结点、虚拟运行时vruntime等。 把调度策略（算法）抽象成调度类sched_class：包含一组通用的调度操作接口，将接口和实现分离。你可以根据这组接口实现不同的调度算法，使得一个Linux调度程序可以有多个不同的调度策略。 把调度的组织抽象成可运行队列rq：包含自旋锁、进程数量、用于公平调度的CFS信息结构、当前正在运行的进程描述符等。实际的进程队列用红黑树来维护（通过CFS信息结构来访问）。 把CFS调度的运行队列信息抽象成cfs_rq运行队列：包含红黑树的根结点、正在运行的进程指针、用于负载平衡的叶子队列等。 * 4.6 抢占和上下文切换 上下文切换：从一个可执行进程切换到另一个可执行进程 kernel/shced.c中的context_switch()函数，每当有新进程准备投入使用时，此函数被shedule()调用完成以下基本工作： 把虚拟内存从上一个进程映射切换到新进程中 从上一个进程的处理器状态切换到新进程的处理器状态，包括：保存、恢复栈信息和寄存器信息及其它信息 * 内核提供need_resched标志来表明是否需要 重新执行一次调度。当某个进程应该被抢占或一个优先级高的进程进入可执行状态时，都会设置此标志。 * 抢占分为： 用户抢占：内核即将返回用户空间时，如果need_resched标志（此标志位表明是否要重新执行一次调度）被设置，会导致schedule()被调用，发生用户抢占 从系统调用返回到用户空间时 从中断处理程序返回到用户空间时 * 内核抢占：在重新调度是安全的情况下（没有持有锁），内核可以在任何时间抢占正在执行的任务 中断处理程序正在执行，且返回内核空间之前 内核代码再一次具有可抢占性的时候 如果内核中的任务显式地调用schedule() 如果内核中的任务阻塞 * 4.7 实时调度策略 SCHED_FIFO：实时调度策略，先到先服务。一旦占用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 SCHED_RR：实时调度策略，时间片轮转。当进程的时间片用完，系统将重新分配时间片，并置于就绪队列尾。放在队列尾保证了所有具有相同优先级的RR任务的调度公平Linux线程优先级设置 O(1)对多处理器表现良好，但对时间敏感的程序表现不足 * * 4 进程调度 * 4.1 多任务 多任务操作系统：同时并发地交互执行多个进程的操作系 统。无论是单处理器或多处理器上，多任务操作系统都能使 多个进程处于堵塞或者睡眠状态。即实际不被投入执行，直 到工作确实就绪，这些任务尽管位于内存，但并不处于可运 行状态。 * 多任务系统分为：非抢占式多任务和抢占式多任务 Linux提供了抢占式的多任务模式，在此模式下，由调度程序 来决定什么时候停止一个进程的运行以便其他进程能够得到 执行机会。这个强制的挂起动作就叫做抢占(preemption)。 进程在被抢占之前能够运行的时间是预先设置好的，而且有 一个专门的名字，叫进程的时间片(timeslice)。时间片实际 上就是分配给每个进程的处理器时间段。有效管理时间片能 使调度程序从系统全局的角度做出调度决定，这样做还可以 避免个别进程独占系统资源。 非抢占式多模式下，除非进程自己主动停止运行，否则它会 一直执行。 * 4.2 Linux的进程调度 调度程序的基本工作：在一组处于可运行状态的进程中选择一个来执行。 UNIX: O(1),适用于服务器 Linux 2.6: 完全公平调度算法(CFS)，提高对交互程序的调度性能 * 4.3 策略 定义：决定调度程序在何时让什么进程运行。 进程分类：I/O消耗型和处理器消耗型的进程 I/O消耗型：进程大部分时间用来提交I/O请求或等待 I/O请求 例：用户图形界面程序属于I/O密集型 处理器消耗型：多数时间用在执行代码上。例：执行数 学计算的程序，如MATLAB 调度策略的目的：进程响应迅速和最大系统利用率 Linux为了保证交互式应用，更倾向于优先调度I/O消耗型进程。 * 调度策略定义 在include/linux/sched.h中有如下定义： #define SCHED_NORMAL 0 // 默认类型，普通的用户进程，动态优先调度策略 #define SCHED_FIFO 1 // 实时进程，先进先出调度规则 #defin