Linux内核架构读书笔记 - 2.5.4 核心调度器

时间：2014-05-01 03:53:50 阅读：641 评论：0 收藏：0 [点我收藏+]

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什么是核心调度器？

　　参考前面的博文http://www.cnblogs.com/songbingyu/p/3696414.html

　　1 周期性调度器

　　　　作用：

- 管理内核中与整个系统和各个进程的调度相关的统计量
- 负责当前调度类的周期性调度方法

　　　　kernel/sched.c

 1 /*
 2  * This function gets called by the timer code, with HZ frequency.
 3  * We call it with interrupts disabled.
 4  *
 5  * It also gets called by the fork code, when changing the parent‘s
 6  * timeslices.
 7  */
 8 void scheduler_tick(void)
 9 {
10     int cpu = smp_processor_id();
11     struct rq *rq = cpu_rq(cpu);
12     struct task_struct *curr = rq->curr;
13     u64 next_tick = rq->tick_timestamp + TICK_NSEC;
14 
15     spin_lock(&rq->lock);
16     __update_rq_clock(rq);
17     /*
18      * Let rq->clock advance by at least TICK_NSEC:
19      */
20     if (unlikely(rq->clock < next_tick))
21         rq->clock = next_tick;
22     rq->tick_timestamp = rq->clock;
23     update_cpu_load(rq);
24         ....

　　　　_update_rq_clock 处理就绪队列时钟更新，本质上增加struct rq 的时间戳

　　　　update_cpu_load 负责更新就绪队列的cpu_load[] 数组，本质上相当与将数组中先前存储的负载值向后移动一个位置，将当前就绪队列的负载值计入数组的第一个位置、、、

　　　 kernel/sched.c

1     if (curr != rq->idle) /* FIXME: needed? */
2         curr->sched_class->task_tick(rq, curr);

　　　　task_tick 实现取决与底层的调度器类

　　　　注意：如果进程应该被重新调度，调度器类会在task_struct中设置TIF_NEED_RESCHED标志，已表示该请求，内核会载接下来的适当时机完成该请求

　　2 主调度器

　　在内核的许多地方，如果要将CPU 分配给当前活动进程不同的另一个进程，都会直接调用主调度器函数（schedule)

　　kernel/sched.c

 1 /*
 2  * schedule() is the main scheduler function.
 3  */
 4 asmlinkage void __sched schedule(void)
 5 {
 6     struct task_struct *prev, *next;
 7     long *switch_count;
 8     struct rq *rq;
 9     int cpu;
10 
11 need_resched:
12     preempt_disable();
13     cpu = smp_processor_id();
14     rq = cpu_rq(cpu);
15     rcu_qsctr_inc(cpu);
16     prev = rq->curr;
17     switch_count = &prev->nivcsw;

类似与周期性调度器，内核也利用该时机来更新就绪队列的时钟，并清楚当前运行进程中的重调度标志TIF_NEED_RESCHED

　　kernel/sched.c

1 __update_rq_clock(rq);
2     spin_lock(&rq->lock);
3     clear_tsk_need_resched(prev);

　　如果当前进程原来处于可中断睡眠状态但现在接受到信号，，那吗它必须再次提升为运行进程，负责相应调度器类的方法使进程停止活动（deactivate_task实质上最终调用sched_class->dequeue_task)

1 if (prev->state && !(preempt_count() & PREEMPT_ACTIVE)) {
2         if (unlikely((prev->state & TASK_INTERRUPTIBLE) &&
3                 unlikely(signal_pending(prev)))) {
4             prev->state = TASK_RUNNING;
5         } else {
6             deactivate_task(rq, prev, 1);
7         }
8         switch_count = &prev->nvcsw;
9     }

　　put_prev_task同志调度器类当前进程将要被另一个进程代替，不是从就绪队列移除，而是提供一个时机进行一些统计工作

　　pick_next_task 选择下一个进程

1     prev->sched_class->put_prev_task(rq, prev);
2     next = pick_next_task(rq, prev);

　　不见得必然选择一个进程，有可能其他进程都在睡眠

　　kernel/sched.c

1 if (likely(prev != next)) {
2         rq->nr_switches++;
3         rq->curr = next;
4         ++*switch_count;
5 
6         context_switch(rq, prev, next); /* unlocks the rq */

　　content_switch 一个接口，供访问特定与体系结构的方法

　　下面代码检测当前的重调度位是否设置，并跳转

1     if (unlikely(test_thread_flag(TIF_NEED_RESCHED)))
2         goto need_resched;

　　注意：上述代码可能载两个上下文中执行　　无上下文切换，schedule 末尾直接执行，如果执行上下文切换，在新的上下文执行，所以需要current 和 test_thread_flag 找到当前进程

　　3 与fork 交互

　　使用fork或其变体建立新进程时候，调度器有机会用sched_fork 挂钩到该进程

　　再单处理器上，执行三个操作，初始化新进程与调度相关字段，建立数据结构确定进程的动态优先级

　　kernel/sched.c/sched_fork

    /*
     * Make sure we do not leak PI boosting priority to the child:
     */
    p->prio = current->normal_prio;
    if (!rt_prio(p->prio))
        p->sched_class = &fair_sched_class;

　在使用wake_up_new_task 唤醒新的进程，是调度器与创建逻辑交互的第二时机，内核会调用task_new 函数，将进程加入到相应的就绪队列

　　4 上下文切换

　　content_switch

　　kernel/sched.c

 1 /*
 2  * context_switch - switch to the new MM and the new
 3  * thread‘s register state.
 4  */
 5 static inline void
 6 context_switch(struct rq *rq, struct task_struct *prev,
 7            struct task_struct *next)
 8 {
 9     struct mm_struct *mm, *oldmm;
10 
11     prepare_task_switch(rq, prev, next);
12     mm = next->mm;
13     oldmm = prev->active_mm;

　　上下文切换调用两个特定与体系结构的的函数

　　　　1 switch_mm

　　　　2 switch_to

　　kernel/sched.c

1     if (unlikely(!mm)) {
2         next->active_mm = oldmm;
3         atomic_inc(&oldmm->mm_count);
4         enter_lazy_tlb(oldmm, next);
5     } else
6         switch_mm(oldmm, mm, next);

　　entry_lazy_tlb 通知底层结构体系不许要切换虚拟地址空间的用户部分

　　如果前一进程是内核进程（prev-》mm 为 null ) ,其 active_mm 必须重置为null

　　kernel/sched.c

1     if (unlikely(!prev->mm)) {
2         prev->active_mm = NULL;
3         rq->prev_mm = oldmm;
4     }

　　最后用switch_to 完成进程切换

　　switch_to 之后的代码只有当前进程下一次被选择运行是才会运行

　　finish_task_switch 完成一些清理工作

 1     /* Here we just switch the register state and the stack. */
 2     switch_to(prev, next, prev);
 3 
 4     barrier();
 5     /*
 6      * this_rq must be evaluated again because prev may have moved
 7      * CPUs since it called schedule(), thus the ‘rq‘ on its stack
 8      * frame will be invalid.
 9      */
10     finish_task_switch(this_rq(), prev);