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Linux内核架构读书笔记 - 2.5.2 数据结构

时间:2014-04-29 23:32:17      阅读:809      评论:0      收藏:0      [点我收藏+]

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调度系统各个组建关系如下

  bubuko.com,布布扣

  •   激活调度器两种方法:进程睡眠或其他原因放弃CPU,周期性检测 上述两个组件统称为通用调度器或核心调度器.
  •   调度器用于判断接下来运行那个进程,内核支持不同的调度策略( 完全公平调度 实时调度 无事可做的空闲调度进程)
  •   调度器被调用时候 需要执行体系相关的进程上下文切换
  •   每个进程属于某个调度器类,各个调度器负责管理所属进程,通用调度器不涉及进程管理,都由调度器来

 下面分别讲述:

  1. task_struct 成员
      • sched.h
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         1  struct task_struct {
         2       
         3   ...
         4      int prio, static_prio, normal_prio;
         5       
         6      const struct sched_class *sched_class;
         7       struct sched_entity se;
         8   unsigned int rt_priority;
         9      
        10       unsigned int policy;
        11      cpumask_t cpus_allowed;
        12      unsigned int time_slice;
        13  
        14  ...
        15  
        16  }
        bubuko.com,布布扣

         

      • 进程由优先级, task_struct 采用三个成员表示进程的优先级:prio 和 normal_prio 表示动态优先级,static_prio 表示进程的静态优先级,static 在启动时候确定,可通过nice和sched_setscheduler系统调用修改, normal_Prio 表示基于静态优先级和调度策略计算出的优先级,调度器考虑的优先级保存在prio,某些状态下内核需要暂时提高进程的优先级,因此优先级用三个变量保存
      • rt_priority 表示实时进程的优先级,0- 99,与上面不冲突,优先级之间关系在下文由文章专门讲述
      • sched_class 进程的调度器类
      • sched_entity 调度实体,调度器不只局限与进程,还可以处理调度更大的实体.eg组调度,CPU现在进程组分配,然后组内在分配
      • policy 调度策略 
        • SCHED_NORMAL 普通进程,通过完全公平调度器处理
        • SCHED_BATCH SCHED_IDLE 通过完全公平调度器处理,一般用于次要进程.SCHED_BATCH用于非交互CPU使用密集的批处理程,SCHED_IDLE 权重比较小,注意SCHED_IDLE 不负责处理空闲进程,这由内核来单独处理
        • SCHED_RR SCHED_FIFO 用于实现软实时方法,SCHED_RR使用了一种循环,SCHED_FIFO使用先进先出机制
        • 辅助函数rt_policy 用于判断进程是否属于实时类 (SCHED_RR SCHED_FIFO)
        • task_has_rt_policy 用于对给定进程判断该性质
      • CPU_ALLOWED用于限定CPU在那个CPU上面运行
      • run_list time_slice 循环实时调度器需要的,但是不用与完全公平调度器run_list 维护进程列表 time_slice 指定进程可以使用的CPU剩余时间段
  2. 调度器类
    1. sched.h
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 1 struct sched_class {
 2     const struct sched_class *next;
 3 
 4     void (*enqueue_task) (struct rq *rq, struct task_struct *p, int wakeup);
 5     void (*dequeue_task) (struct rq *rq, struct task_struct *p, int sleep);
 6     void (*yield_task) (struct rq *rq);
 7 
 8     void (*check_preempt_curr) (struct rq *rq, struct task_struct *p);
 9 
10     struct task_struct * (*pick_next_task) (struct rq *rq);
11     void (*put_prev_task) (struct rq *rq, struct task_struct *p);
12 
13 #ifdef CONFIG_SMP
14     unsigned long (*load_balance) (struct rq *this_rq, int this_cpu,
15             struct rq *busiest, unsigned long max_load_move,
16             struct sched_domain *sd, enum cpu_idle_type idle,
17             int *all_pinned, int *this_best_prio);
18 
19     int (*move_one_task) (struct rq *this_rq, int this_cpu,
20                   struct rq *busiest, struct sched_domain *sd,
21                   enum cpu_idle_type idle);
22 #endif
23 
24     void (*set_curr_task) (struct rq *rq);
25     void (*task_tick) (struct rq *rq, struct task_struct *p);
26     void (*task_new) (struct rq *rq, struct task_struct *p);
27 };
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  • enqueue_task 向就绪队列添加一个进程,进程被唤醒时候会调用
  • dequeue_task 提供与上述的逆向操作
  • 进程放弃CPU的时候,可以使用sched_yield,内核会调用yield_task
  • 在必要的条件下,会调 check_preempt_curr,用来唤醒一个新的进程来抢占当前进程,eg在wake_up_new_task唤醒新的进程时候会调用
  • pick_next_task 选择下一个将要运行的进程,put_prev_task 用于另一个进程代替当前进程之前调用.
  • 在进程的调度策略发生变化时,需要调用set_curr_task
  • task_tick在每次激活周期性调度器时候,由周期性调度器调用
  • new_task用于建立fork 系统调用和调度器之间的关系,新进程建立时候  ,用new_task通知调度器
  • activate_task deactivate_task 提供进程在就绪队列入队和出队的功能,此外他们还更新内核的统计数据
  • 内核定义了便捷的方法check_preempt_curr 调用进程相关的 check_preempt_curr 方法

    进程无法之间与调度器类交互,由|SCHED_XYX与之映射

    SCHED_NORMA

    SCHED_BATCH                ->   fair_sched_class 完全公平调度器

    SCHED_IDLE

    

     SCHED_RR

                  ->rt_sched_class 实时调度器

 

     SCHED_FIFO

  3 就绪队列

    • 调度器管理活动进程的数据结构称之为就绪队列
      bubuko.com,布布扣
       1 /*
       2  * This is the main, per-CPU runqueue data structure.
       3  *
       4  * Locking rule: those places that want to lock multiple runqueues
       5  * (such as the load balancing or the thread migration code), lock
       6  * acquire operations must be ordered by ascending &runqueue.
       7  */
       8 struct rq {
       9     /* runqueue lock: */
      10     spinlock_t lock;
      11 
      12     /*
      13      * nr_running and cpu_load should be in the same cacheline because
      14      * remote CPUs use both these fields when doing load calculation.
      15      */
      16     unsigned long nr_running;
      17     #define CPU_LOAD_IDX_MAX 5
      18     unsigned long cpu_load[CPU_LOAD_IDX_MAX];
      19     unsigned char idle_at_tick;
      20 #ifdef CONFIG_NO_HZ
      21     unsigned char in_nohz_recently;
      22 #endif
      23     /* capture load from *all* tasks on this cpu: */
      24     struct load_weight load;
      25     unsigned long nr_load_updates;
      26     u64 nr_switches;
      27 
      28     struct cfs_rq cfs;
      29 #ifdef CONFIG_FAIR_GROUP_SCHED
      30     /* list of leaf cfs_rq on this cpu: */
      31     struct list_head leaf_cfs_rq_list;
      32 #endif
      33     struct rt_rq rt;
      34 
      35     /*
      36      * This is part of a global counter where only the total sum
      37      * over all CPUs matters. A task can increase this counter on
      38      * one CPU and if it got migrated afterwards it may decrease
      39      * it on another CPU. Always updated under the runqueue lock:
      40      */
      41     unsigned long nr_uninterruptible;
      42 
      43     struct task_struct *curr, *idle;
      44     unsigned long next_balance;
      45     struct mm_struct *prev_mm;
      46 
      47     u64 clock, prev_clock_raw;
      48     s64 clock_max_delta;
      49 
      50     unsigned int clock_warps, clock_overflows;
      51     u64 idle_clock;
      52     unsigned int clock_deep_idle_events;
      53     u64 tick_timestamp;
      54 
      55     atomic_t nr_iowait;
      56 
      57     ...
      58     struct lock_class_key rq_lock_key;
      59 };
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    • nr_running 队列上可运行的进程数目
    • load就绪队列当前负载的度量
    • CPU_LOAD跟踪此前的负载状态
    • cfs rt 嵌入的子就绪队列,分别用于完全公平调度器和实时调度器
    • curr 当前运行的进程task_struct 实例
    • idle 没看懂....
    • clock prev_raw_clock 用于实现就绪队列自身的时钟
    • kernel/sched.c
    • static DEFINE_PER_CPU_SHARED_ALIGNED(struct rq, runqueues);

       

    • 所有就绪队列都在runqueues 数组中,一个CPU一个
    • CPU 定义的一些宏方便操作
    • 1 #define cpu_rq(cpu)        (&per_cpu(runqueues, (cpu)))
      2 #define this_rq()        (&__get_cpu_var(runqueues))
      3 #define task_rq(p)        cpu_rq(task_cpu(p))
      4 #define cpu_curr(cpu)        (cpu_rq(cpu)->curr)

       

  4 调度实体

    

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 1 /*
 2  * CFS stats for a schedulable entity (task, task-group etc)
 3  *
 4  * Current field usage histogram:
 5  *
 6  *     4 se->block_start
 7  *     4 se->run_node
 8  *     4 se->sleep_start
 9  *     6 se->load.weight
10  */
11 struct sched_entity {
12     struct load_weight    load;        /* for load-balancing */
13     struct rb_node        run_node;
14     unsigned int        on_rq;
15 
16     u64            exec_start;
17     u64            sum_exec_runtime;
18     u64            vruntime;
19     u64            prev_sum_exec_runtime;
20 
21 };
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  •   load指定了权重,决定了各个实体占队列总负载的比例,下一节会详细讲述
  • run_node 树节点,使得实体可以在红黑树上面排序
  • on_req 表示该实体是否在就绪队列上接受调度
  • sum_exec_runtime 记录消耗CPU的时间.update_curr 会跟踪运行时间,进程执行期间虚拟时钟上面流失的时间由vruntime 
  • 进程撤销时候,当前sum_exec_runtime 保存到prev_exec_runtime ,此后进程抢占需要该数据,注意prev_exec_runtime 保存sum_exec_runtime,sum_exec_runtime会持续增长
  • 每个task_struct 嵌入sched_entity ,进程是可调度实体,反过来并不成立

  

 

Linux内核架构读书笔记 - 2.5.2 数据结构,布布扣,bubuko.com

Linux内核架构读书笔记 - 2.5.2 数据结构

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