标签：users 内核 shell 就会 for 时间 sleep linux中 slice
一、概述
决定何时、如何选择一个新进程运行的这组规则叫做：调度策略（scheduling policy）。
Linux的调度是基于分时技术（time sharing）：多个进程以“时间多路复用”方式运行，因为CPU的时间呗分成“片”（slice），给每个可运行进程分配一片。如果当前运行进程的时间片或时限（quantum）到期时，该进程还没有运行完毕，进程切换就会发生。
调度策略也是根据进程的优先级对它们进行分类。在Linux中，进程优先级是动态的：在较长时间内没有运行的进程，会动态提升它们的优先级；相反地，对于在CPU上运行较长时间的进程，会降低它们的优先级来惩罚它们。
所以，实现调度的工具是调度器（scheduler），调度的对象是进程(process)，调度的方法是调度策略（包括调度算法）。
二、CPU调度器
这里主要讲了cpu调度器的工作内容和目的：
- 多个task会共享CPU资源
- 那如何进行任务切换选择呢？
-
- 当前运行的task中止
- 当前运行的task sleep（wait event）
- 新task创建，或者sleep的task唤醒了
- 当前运行的task的时间片用完
那调度器的目标是什么？
- 公平调度各个task
- 基于task的优先级来分配时间片
- task的respnse时间短
- 高throughput（task执行成功）
- 在多个cpu间，负载均衡
- 低功耗
- 调度器代码运行开销低
调度器会和工作在一些框架、服务器、PC、嵌入式/手机中。
三、O（1）调度器
在2.6.23(2007)以前，Linux调度器使用的是O（1）调度器：
- 调度器分140个优先级等级：0-99是RT task，100-139是User task
- 每个cpu的runqueue有2个数组：Active，Expaired
- 每个数组都有140个entry，对应每个优先级
- 每个entry是一条FIFO队列结构的链表
- 140位的bitmap用来检测每个优先级list
- 时间片会根据task的优先级进行分配
- 运行时间expaire的task会从Active数组移动到Expaired数组
- 当Active数组为空时，就交换2个数组。即，将Expaired数组变为Active；Active（此时为空）变为Expaired
- task的入rq和出rq，以及next task的选择都是在固定时间内完成
最后在O（1）调度器已经被CFS替代。
四、当前调度器架构
- 在kernel 2.6.23(2007)后，由Ingo Molnar引入
- 在调度的class中，还存在调度policy
- 不同的调度class，高优先级的，越早执行
- task可以在cpu、调度policy、调度class间进行迁移
4.1 调度class
由struce sched_class结构体实现：
struct sched_class {
const struct sched_class *next;
void (*enqueue_task) (struct rq *rq, struct task_struct *p, int flags);
void (*dequeue_task) (struct rq *rq, struct task_struct *p, int flags);
...
struct task_struct * (*pick_next_task) (struct rq *rq, struct task_struct *prev, struct rq_flags *rf);
...
};
内核中一共有5中调度class，优先级从高到低：STOP > DL > RT > CFS > IDLE，他们通过链表实现，并链接起来的。
4.2 主调度函数Schedule()
内核中进程调度，最主要的实现是Schedule()函数。它完成如下工作：
- 选取下一个runnable的task，并将task放在cpu上运行
- 按class优先级搜索task来运行，最先从STOP class开始
- 轮询搜索：for_each_class()
- 实现方式：pick_next_task()：
again:
for_each_class(class) {
p = class->pick_next_task(rq, prev, rf);
if (p) {
if (unlikely(p == RETRY_TASK))
goto again;
return p;
}
}
/* The idle class should always have a runnable task: */
BUG();
4.3 调度class与policy
在不同的调度class下，可能会有不同的调度policy实现：
● Stop
○ No policy
● Deadline
○ SCHED_DEADLINE
● Real Time
○ SCHED_FIFO
○ SCHED_RR
● Fair
○ SCHED_NORMAL
○ SCHED_BATCH
○ SCHED_IDLE
● Idle
○ No policy
不同的class代表不同的调度优先级；不同的policy同样也意味着不同的调度方式。
4.4 调度class：STOP
STOP类型的class有如下特点：
- 是最高优先级的class（但是这个class不开放给系统user使用的）
- 只能在smp系统上可用（stop_machine()在单核处理器下不可用）------括号内的具体没怎么理解
- 可以抢占所有task，并任何事件都不能抢占它
- 实现方式是：停止运行的其他所有task，而在cpu上运行一个特定的函数
- 没有调度policy
- 属于stop class的per cpu内核线程：migration/N ------“N”为cpu core number
- 在以下情况下使用：task迁移、CPU hotplug、RCU、ftrace、cloclevents等
4.5 调度class：Deadline（DL）
Deadline类型的class有如下特点：
- 在kernel 3.14(2013)，由Dario Faggioli & Juri Lelli引入
- 在系统中，属于可以使用的最高优先级的class
- 调度policy为SCHED_DEADLINE
- 由红黑树结构实现（自平衡树）
- 在以下情况下使用：周期性的实时task，例如：视频编解码
4.6 调度Real-time（RT）
Real-time类型的class有如下特点：
- 符合POSIX标准要求
- task优先级范围：0-99
- 优先级在kernel和userspace中相反：0在kernel中，代表最高优先级；而在userspace中代表最低优先级
- 相同优先级下的调度policy：
- SCHED_FIFO
- SCHED_RR，默认时间片长度为100ms
- 由链表实现
- 在以下情况下使用：latency敏感的task，例如：IRQ threads
4.7 调度CFS（Completely Fair Scheduler）
CFS类型的class有如下特点：
- 由Ingo Molnar引入
- 调度policy：
- SCHED_NORMAL：普通task
- SCHED_BATCH：批处理 task（batch task，非交互型）
- SCHED_IDLE：低优先级task
- 由红黑树结构实现
- 跟踪task的虚拟运行时间（vruntime，task拥有的运行时间）
- 虚拟运行时间（vruntime）最短的task，最优先运行
- task的优先级作为权重，会影响虚拟运行时间的计算（vruntime）
- 权重越大，虚拟运行时间（vruntime）计算时的增量就越小
- task的优先级计算：120+nice值（nice范围：-20 ~ +19）
- 用于所有其他类型的task，例如：shell
4.7 调度Idle
Idle类型的class有如下特点：
- 最低优先级的调度class
- 没有调度policy
- 属于idle class的per cpu内核线程（idle）：swapper/N ------“N”为cpu core number
- idle线程仅会在没有其他task的情况下，在cpu上运行
- idle线程可以让cpu进入低功耗状态
五、Runqueue
- 每个CPU都由一个struct rq的实例
- 每个”rq“包含了DL、RT、CFS的runqueue
- Runnable的task会被压入上面提到的那些runqueue中
- 在struct rq中由很多其他的信息和状态
struct rq {
...
struct cfs_rq cfs;
struct rt_rq rt;
struct dl_rq dl;
...
}
Linux内核进程调度overview(1)
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原文地址：https://www.cnblogs.com/lingjiajun/p/10369521.html
