Linux進程調度與進程結構__Linux

Linux進程調度  

一、調度策略類型

Linux核心的進程是通過雙鏈表的方式將進程的struct task_struct結構串連在一起， task_struct結構裡麵包含了與一個進程相關的全部資訊(比如進程的狀態、優先順序、進程的地址空間等)；每個進程都有一個唯一的進程描述符，linux就是通過進程描述符來感知一個進程的存在或者消亡，進程的結構定義在核心的<linux/sched.h>中。

下面是linux核心進程調度策略的定義

Linux進程調度

1、SCHED_NORMAL(SCHED_OTHER):普通的分時進程，這是普通的使用者進程，進程的預設類型，採用動態優先調度策略，選擇進程的依據主要是根據進程goodness值的大小。這種進程在運行時，可以被高goodness值的進程搶先。

2、SCHED_FIFO:先入先出的即時進程，旦佔用cpu則一直運行。一直運行直到有更高優先順序任務到達或自己放棄。

3、SCHED_RR:時間片輪轉的即時進程，每次調度，把CPU分配隊首進程，並令其執行一個時間片。當執行的時間片用完時，由一個記時器發出一個時鐘插斷要求，該進程被停止，並被送往就緒隊列末尾；依次迴圈。

4、SCHED_BATCH:批處理進程

5、SCHED_EDLE:只有系統空閑事才能夠被調度執行的進程

二、調度分類

      1、CFS（Completely Fair Scheduler，CFS）調度類：SCHED_NORMAL、SCHED_BATH、SCHED_IDLE

      2、即時調度類：SCHED_RR、SCHED_FIFO

三、調度時機

1、主動式：在核心中直接調用schedule()。當進程需要等待資源等而暫時停止運動時，會把狀態置於掛起（睡眠），並主動請求調度，讓出CPU。

2、被動式(搶佔)

     使用者搶佔：Linux2.4、Linux2.6

     核心搶佔：Linux2.6

   （1）使用者搶佔

           使用者搶佔發生在：從系統調用返回使用者空間、從中斷處理常式返回到使用者空間。

     （2）核心搶佔：

             在不支援核心搶佔的系統中，進程/線程一旦運行於核心空間，就一直執行，知道它主動放棄或時間片耗盡為止。這樣一些非常緊急的進程或線程將長時間得不到運行。

             在支援核心搶佔的系統中，更高優先順序的進程/線程可以搶佔正在核心空間啟動並執行低優先順序進程/線程。

             在支援核心搶佔的系統中，默寫特例下不允許核心搶佔：

             a）核心正進行中斷處理。進程調度函數schedule（）會對此作出判斷，如果是在中斷中調用，會列印錯誤資訊。

             b）核心進行中中斷內容相關的Bottom Half（中斷的底半部）處理。硬體中斷返回前會和執行非強制中斷，此時仍然處於中斷上下文中。

              c）進程掙持有spinlock自旋鎖、writelock/readlock讀寫鎖等，當持有這些鎖時，不應該被搶佔，否則由於搶佔將導致其他CPU長期不能獲得鎖而死等。

             d）核心正在執行發送器Scheduler。搶佔的原因就是為了新的調度，沒有理由將發送器搶佔掉再運行發送器。

       為了保證LInux核心在以上情況下不會被搶佔，搶佔式核心使用了一個變數preempt_count，稱為核心搶佔計數。這一變數被設定在進程的thread_info結構中。每當核心要進入以上幾種狀態時，變數preempt_count就加1，指示核心不允許搶佔。每當核心從以上幾種狀態退出時，變數preempt_count就減1，同時進行可搶佔的判斷與調度。

核心搶佔可能發生在：

               中斷處理常式完成，返回核心空間之前。

                當核心代碼再一次具有可搶佔性的時候，如解鎖及使能非強制中斷等。

四、Schedule函數工作流程：

1）清理當前啟動並執行進程

2）選擇下一個要啟動並執行進程（pick_next_task）

3）設定新進場的工作環境。

4）進程環境切換。 

  五、進程描述符的分配：

Linux通過一slab分配器來建立task_struct進程結構，各個task_struct放在核心棧的尾端，只要通過一個棧指標就可以找到task_struct的位置，由於進程結構通過slab分配器動態地建立，所以在棧尾建立了一個新的結構struct thread_info，thread_info結構根據所選用的處理器架構不同會有小的差別，thread_info被定義在arch\xxx\Include\asm中(xxx表示所選用的處理器架構)，如MIPS架構的thread_info定義如下：

進程中的核心堆棧與進程描述符的關係如下圖：