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synced 2026-09-22 20:53:34 +08:00
CFS调度器之虚拟时钟...
This commit is contained in:
gatieme
@@ -3367,7 +3367,8 @@ static void
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set_next_entity(struct cfs_rq *cfs_rq, struct sched_entity *se)
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||||
{
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||||
/* 'current' is not kept within the tree. */
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if (se->on_rq) {
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||||
if (se->on_rq) /* 如果se尚在rq队列上 */
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{
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||||
/*
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* Any task has to be enqueued before it get to execute on
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* a CPU. So account for the time it spent waiting on the
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@@ -3375,10 +3376,11 @@ set_next_entity(struct cfs_rq *cfs_rq, struct sched_entity *se)
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*/
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if (schedstat_enabled())
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update_stats_wait_end(cfs_rq, se);
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/* 将se从rq队列中删除 */
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__dequeue_entity(cfs_rq, se);
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update_load_avg(se, 1);
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}
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/* 新sched_entity中的exec_start字段为当前clock_task */
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update_stats_curr_start(cfs_rq, se);
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cfs_rq->curr = se;
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#ifdef CONFIG_SCHEDSTATS
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@@ -3392,6 +3394,7 @@ set_next_entity(struct cfs_rq *cfs_rq, struct sched_entity *se)
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se->sum_exec_runtime - se->prev_sum_exec_runtime);
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}
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#endif
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/* //更新task上一次投入运行的从时间 */
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||||
se->prev_sum_exec_runtime = se->sum_exec_runtime;
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||||
}
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@@ -3404,20 +3407,41 @@ wakeup_preempt_entity(struct sched_entity *curr, struct sched_entity *se);
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* 2) pick the "next" process, since someone really wants that to run
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* 3) pick the "last" process, for cache locality
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* 4) do not run the "skip" process, if something else is available
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*
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* 1. 首先要确保任务组之间的公平, 这也是设置组的原因之一
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* 2. 其次, 挑选下一个合适的（优先级比较高的）进程
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* 因为它确实需要马上运行
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* 3. 如果没有找到条件2中的进程
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* 那么为了保持良好的局部性
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* 则选中上一次执行的进程
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* 4. 只要有任务存在, 就不要让CPU空转, 也就是让CPU运行idle进程
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*/
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static struct sched_entity *
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pick_next_entity(struct cfs_rq *cfs_rq, struct sched_entity *curr)
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{
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/* //摘取红黑树最左边的进程 */
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struct sched_entity *left = __pick_first_entity(cfs_rq);
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struct sched_entity *se;
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/*
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* If curr is set we have to see if its left of the leftmost entity
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* still in the tree, provided there was anything in the tree at all.
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*
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* 如果
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* left == NULL 或者
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* curr != NULL curr进程比left进程更优(即curr的虚拟运行时间更小)
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* 说明curr进程是自动放弃运行权利, 且其比最左进程更优
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* 因此将left指向了curr, 即curr是最优的进程
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*/
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if (!left || (curr && entity_before(curr, left)))
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{
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left = curr;
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}
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/* se = left存储了cfs_rq队列中最优的那个进程
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* 如果进程curr是一个自愿放弃CPU的进程(其比最左进程更优), 则取se = curr
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||||
* 否则进程se就取红黑树中最左的进程left, 它必然是当前就绪队列上最优的
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*/
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se = left; /* ideally we run the leftmost entity */
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/*
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@@ -3427,9 +3451,13 @@ pick_next_entity(struct cfs_rq *cfs_rq, struct sched_entity *curr)
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||||
if (cfs_rq->skip == se) {
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||||
struct sched_entity *second;
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||||
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if (se == curr) {
|
||||
if (se == curr)
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||||
{
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second = __pick_first_entity(cfs_rq);
|
||||
} else {
|
||||
}
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||||
else
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||||
{
|
||||
/* 摘取红黑树上第二左的进程节点 */
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||||
second = __pick_next_entity(se);
|
||||
if (!second || (curr && entity_before(curr, second)))
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||||
second = curr;
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@@ -4394,6 +4422,7 @@ static void dequeue_task_fair(struct rq *rq, struct task_struct *p, int flags)
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||||
for_each_sched_entity(se) {
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||||
cfs_rq = cfs_rq_of(se);
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/* */
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dequeue_entity(cfs_rq, se, flags);
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||||
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||||
/*
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@@ -5466,9 +5495,11 @@ pick_next_task_fair(struct rq *rq, struct task_struct *prev)
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again:
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#ifdef CONFIG_FAIR_GROUP_SCHED
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/* 如果nr_running计数器为0, 即当前队列上没有可运行进程,
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* 则需要调度idle进程 */
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if (!cfs_rq->nr_running)
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goto idle;
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||||
/* 如果当前运行进程prev不是被fair调度的普通非实时进程 */
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||||
if (prev->sched_class != &fair_sched_class)
|
||||
goto simple;
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||||
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||||
@@ -5489,7 +5520,11 @@ again:
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||||
* entity, update_curr() will update its vruntime, otherwise
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||||
* forget we've ever seen it.
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||||
*/
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||||
if (curr) {
|
||||
if (curr)
|
||||
{
|
||||
/* 如果当前进程curr在队列上,
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||||
* 则需要更新起统计量和虚拟运行时间
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||||
* 否则设置curr为空 */
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||||
if (curr->on_rq)
|
||||
update_curr(cfs_rq);
|
||||
else
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||||
@@ -5504,11 +5539,11 @@ again:
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||||
if (unlikely(check_cfs_rq_runtime(cfs_rq)))
|
||||
goto simple;
|
||||
}
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/* 选择一个最优的调度实体 */
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se = pick_next_entity(cfs_rq, curr);
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cfs_rq = group_cfs_rq(se);
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} while (cfs_rq);
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} while (cfs_rq); /* 如果被调度的进程仍属于当前组，那么选取下一个可能被调度的任务，以保证组间调度的公平性 */
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||||
/* 获取调度实体se的进程实体信息 */
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p = task_of(se);
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||||
/*
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@@ -5516,18 +5551,22 @@ again:
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* is a different task than we started out with, try and touch the
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* least amount of cfs_rqs.
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*/
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||||
if (prev != p) {
|
||||
if (prev != p)
|
||||
{
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||||
struct sched_entity *pse = &prev->se;
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||||
|
||||
while (!(cfs_rq = is_same_group(se, pse))) {
|
||||
while (!(cfs_rq = is_same_group(se, pse)))
|
||||
{
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||||
int se_depth = se->depth;
|
||||
int pse_depth = pse->depth;
|
||||
|
||||
if (se_depth <= pse_depth) {
|
||||
if (se_depth <= pse_depth)
|
||||
{
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||||
put_prev_entity(cfs_rq_of(pse), pse);
|
||||
pse = parent_entity(pse);
|
||||
}
|
||||
if (se_depth >= pse_depth) {
|
||||
if (se_depth >= pse_depth)
|
||||
{
|
||||
set_next_entity(cfs_rq_of(se), se);
|
||||
se = parent_entity(se);
|
||||
}
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@@ -5550,7 +5589,8 @@ simple:
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||||
put_prev_task(rq, prev);
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||||
do {
|
||||
do
|
||||
{
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||||
se = pick_next_entity(cfs_rq, NULL);
|
||||
set_next_entity(cfs_rq, se);
|
||||
cfs_rq = group_cfs_rq(se);
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@@ -0,0 +1,142 @@
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Linux CFS调度器之队列操作
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=======
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| 日期 | 内核版本 | 架构| 作者 | GitHub| CSDN |
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| ------- |:-------:|:-------:|:-------:|:-------:|:-------:|
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| 2016-06-29 | [Linux-4.6](http://lxr.free-electrons.com/source/?v=4.6) | X86 & arm | [gatieme](http://blog.csdn.net/gatieme) | [LinuxDeviceDrivers](https://github.com/gatieme/LDD-LinuxDeviceDrivers) | [Linux进程管理与调度](http://blog.csdn.net/gatieme/article/details/51456569) |
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CFS负责处理普通非实时进程, 这类进程是我们linux中最普遍的进程
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#1 前景回顾
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##1.1 CFS调度算法
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**CFS调度算法的思想**
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理想状态下每个进程都能获得相同的时间片，并且同时运行在CPU上，但实际上一个CPU同一时刻运行的进程只能有一个。也就是说，当一个进程占用CPU时，其他进程就必须等待。CFS为了实现公平，必须惩罚当前正在运行的进程，以使那些正在等待的进程下次被调度.
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## 负荷权重和虚拟时钟
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**虚拟时钟是红黑树排序的依据**
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具体实现时，CFS通过每个进程的**虚拟运行时间(vruntime)**来衡量哪个进程最值得被调度. CFS中的就绪队列是一棵以vruntime为键值的红黑树，虚拟时间越小的进程越靠近整个红黑树的最左端。因此，调度器每次选择位于红黑树最左端的那个进程，该进程的vruntime最小.
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**优先级计算负荷权重, 负荷权重和当前时间计算出虚拟运行时间**
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虚拟运行时间是通过进程的实际运行时间和进程的权重(weight)计算出来的。在CFS调度器中，将进程优先级这个概念弱化，而是强调进程的权重。一个进程的权重越大，则说明这个进程更需要运行，因此它的虚拟运行时间就越小，这样被调度的机会就越大。而，CFS调度器中的权重在内核是对用户态进程的优先级nice值, 通过prio_to_weight数组进行nice值和权重的转换而计算出来的
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**虚拟时钟相关公式**
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linux内核采用了计算公式：
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| 属性 | 公式 | 描述 |
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|:-------:|:-------:|
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| ideal_time | sum_runtime *se.weight/cfs_rq.weight | 每个进程应该运行的时间 |
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| sum_exec_runtime | | 运行队列中所有任务运行完一遍的时间 |
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| se.weight | | 当前进程的权重 |
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| cfs.weight | | 整个cfs_rq的总权重 |
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这里se.weight和cfs.weight根据上面讲解我们可以算出, sum_runtime是怎们计算的呢，linux内核中这是个经验值，其经验公式是
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| 条件 | 公式 |
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|:-------:|:-------:|
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| 进程数 > sched_nr_latency | sum_runtime=sysctl_sched_min_granularity *nr_running |
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| 进程数 <=sched_nr_latency | sum_runtime=sysctl_sched_latency = 20ms |
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>注：sysctl_sched_min_granularity =4ms
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>
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>sched_nr_latency是内核在一个延迟周期中处理的最大活动进程数目
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linux内核代码中是通过一个叫vruntime的变量来实现上面的原理的，即：
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每一个进程拥有一个vruntime,每次需要调度的时候就选运行队列中拥有最小vruntime的那个进程来运行，vruntime在时钟中断里面被维护，每次时钟中断都要更新当前进程的vruntime,即vruntime以如下公式逐渐增长：
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| 条件 | 公式 |
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|:-------:|:-------:|
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| curr.nice!=NICE_0_LOAD | vruntime += delta* NICE_0_LOAD/se.weight; |
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| curr.nice=NICE_0_LOAD | vruntime += delta; |
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##1.2 CFS进程入队和出队
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enqueue_task_fair和dequeue_task_fair分别用来向CFS就绪队列中添加或者删除进程
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完全公平调度器CFS中有两个函数可用来增删队列的成员:enqueue_task_fair和dequeue_task_fair分别用来向CFS就绪队列中添加或者删除进程
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**enqueue_task_fair进程入队**
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向就绪队列中放置新进程的工作由函数enqueue_task_fair函数完成, 该函数定义在[kernel/sched/fair.c, line 5442](http://lxr.free-electrons.com/source/kernel/sched/fair.c?v=4.6#L5442), 其函数原型如下
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该函数将task_struct *p所指向的进程插入到rq所在的就绪队列中, 除了指向所述的就绪队列rq和task_struct的指针外, 该函数还有另外一个参数wakeup. 这使得可以指定入队的进程是否最近才被唤醒并转换为运行状态(此时需指定wakeup = 1), 还是此前就是可运行的(那么wakeup = 0).
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```c
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static void
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enqueue_task_fair(struct rq *rq, struct task_struct *p, int flags)
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```
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enqueue_task_fair的执行流程如下
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* 如果通过struct sched_entity的on_rq成员判断进程已经在就绪队列上, 则无事可做.
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* 否则, 具体的工作委托给enqueue_entity完成, 其中内核会借机用update_curr更新统计量
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在enqueue_entity内部如果需要会调用__enqueue_entity将进程插入到CFS红黑树中合适的结点
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**dequeue_task_fair进程出队操作**
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dequeue_task_fair函数在完成睡眠等情况下调度, 将任务从就绪队列中移除
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其执行的过程正好跟enqueue_task_fair的思路相同, 只是操作刚好相反
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enqueue_task_fair的执行流程如下
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* 如果通过struct sched_entity的on_rq成员判断进程已经在就绪队列上, 则无事可做.
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||||
* 否则, 具体的工作委托给dequeue_entity完成, 其中内核会借机用update_curr更新统计量
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||||
在enqueue_entity内部如果需要会调用__dequeue_entity将进程插入到CFS红黑树中合适的结点
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#2 今日看点(CFS如何选择最合适的进程)
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每个调度器类sched_class都必须提供一个pick_next_task函数用以在就绪队列中选择一个最优的进程来等待调度, 而我们的CFS调度器类中, 选择下一个将要运行的进程由pick_next_task_fair函数来完成
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# CFS如何选择一个进程
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## pick_next_task_fair
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选择下一个将要运行的进程pick_next_task_fair执行. 其代码执行流程如下
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如果nr_running计数器为0, 即当前队列上没有可运行进程, 则无事可做, 函数可以立即返回. 否则将具体工作委托给pick
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## put_prev_task
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在选中了下一个将被调度执行的进程之后，回到pick_next_task_fair中，执行set_next_entity
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## pick_next_entity
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-------
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## set_next_entity
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http://blog.csdn.net/sunnybeike/article/details/6918586
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Reference in New Issue
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