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进程调度...
This commit is contained in:
gatieme
@@ -43,7 +43,7 @@ Linux进程调度器的组成
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* 低优先级和高优先级进程的需要尽可能调和等等
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调度策略(scheduling policy)的任务就是决定什么时候以怎么样的方式选择一个新进程占用CPU运行
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调度策略(scheduling policy)的任务就是决定什么时候以怎么样的方式选择一个新进程占用CPU运行.
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传统操作系统的调度基于分时(time sharing)技术: 多个进程以"时间多路服用"方式运行, 因为CPU的时间被分成"片(slice)", 给每个可运行进程分配一片CPU时间片, 当然单处理器在任何给定的时刻只能运行一个进程.
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@@ -73,7 +73,7 @@ Linux进程调度器的组成
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#进程的分类
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##进程分类的方法
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##进程的分类
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当涉及有关调度的问题时, 传统上把进程分类为"I/O受限(I/O-dound)"或"CPU受限(CPU-bound)".
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@@ -193,9 +193,182 @@ linux进程的调度算法其实经过了很多次的演变, 但是其演变主
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* 在选中将要运行的进程之后, 必须执行底层的任务切换.
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这需要与CPU的紧密交互. 每个进程刚好属于某一调度类, 各个调度类负责管理所属的进程. 通用调度器自身不涉及进程管理, 其工作都委托给调度器类.
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#进程调度的数据结构
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调度器使用一系列数据结构来排序和管理系统中的进程. 调度器的工作方式的这些结构的涉及密切相关, 几个组件在许多方面
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核心
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##[task_struct中调度相关的成员](http://lxr.free-electrons.com/source/include/linux/sched.h?v=4.5#L1394)
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```c
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/* 优先级 */
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int prio, static_prio, normal_prio;
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unsigned int rt_priority;
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/* */
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const struct sched_class *sched_class;
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struct sched_entity se;
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struct sched_rt_entity rt;
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#ifdef CONFIG_CGROUP_SCHED
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struct task_group *sched_task_group;
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#endif
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struct sched_dl_entity dl;
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unsigned int policy;
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int nr_cpus_allowed;
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cpumask_t cpus_allowed;
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```
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###优先级
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```c
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int prio, static_prio, normal_prio;
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unsigned int rt_priority;
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```
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**动态优先级 静态优先级 实时优先级**
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其中task_struct采用了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.
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>为什么表示动态优先级需要两个值prio和normal_prio
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>
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>调度器会考虑的优先级则保存在prio. 由于在某些情况下内核需要暂时提高进程的优先级, 因此需要用prio表示. 由于这些改变不是持久的, 因此静态优先级static_prio和普通优先级normal_prio不受影响.
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此外还用了一个字段rt_priority保存了实时进程的优先级
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| 字段 | 描述 |
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| ------------- |:-------------:|
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| static_prio | 用于保存静态优先级, 是进程启动时分配的优先级, ，可以通过nice和sched_setscheduler系统调用来进行修改, 否则在进程运行期间会一直保持恒定 |
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| prio | 保存进程的动态优先级 |
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| normal_prio | 表示基于进程的静态优先级static_prio和调度策略计算出的优先级. 因此即使普通进程和实时进程具有相同的静态优先级, 其普通优先级也是不同的, 进程分叉(fork)时, 子进程会继承父进程的普通优先级 |
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| rt_priority | 用于保存实时优先级 |
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实时进程的优先级用实时优先级rt_priority来表示
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linux2.6内核将任务优先级进行了一个划分, 实时优先级范围是0到MAX_RT_PRIO-1（即99），而普通进程的静态优先级范围是从MAX_RT_PRIO到MAX_PRIO-1（即100到139）。
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```c
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/* http://lxr.free-electrons.com/source/include/linux/sched/prio.h#L21 */
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#define MAX_USER_RT_PRIO 100
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#define MAX_RT_PRIO MAX_USER_RT_PRIO
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/* http://lxr.free-electrons.com/source/include/linux/sched/prio.h#L24 */
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#define MAX_PRIO (MAX_RT_PRIO + 40)
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#define DEFAULT_PRIO (MAX_RT_PRIO + 20)
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```
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| 优先级范围 | 描述 |
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| ------------- |:-------------:|
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| 0——99 | 实时进程 |
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| 100——139 | 非实时进程 |
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现在，这个划分是起决定作用的，而且一定是数值越小，优先级越高。值越大静态优先级越低。
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但是，有时候从网上会看到优先级数值越大，优先级越高？这又是怎么回事？难道有一种说法错了吗？
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实际的原因是这样的，对于一个实时进程，他有两个参数来表明优先级prio 和rt_priority
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prio才是调度所用的最终优先级数值，这个值越小，优先级越高；
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而rt_priority被称作实时进程优先级，他要经过转化
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```
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prio = MAX_RT_PRIO - 1 - p->rt_priority;
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```
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这样意味着rt_priority值越大，优先级越高；
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而内核提供的修改优先级的函数，是修改rt_priority的值，所以越大，优先级越高
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所以用户在使用实时进程或线程，在修改优先级时，就会有"优先级值越大，优先级越高的说法"，也是对的
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###调度策略相关字段
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```c
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/* http://lxr.free-electrons.com/source/include/linux/sched.h?v=4.5#L1426 */
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unsigned int policy;
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/* http://lxr.free-electrons.com/source/include/linux/sched.h?v=4.5#L1409 */
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const struct sched_class *sched_class;
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struct sched_entity se;
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struct sched_rt_entity rt;
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cpumask_t cpus_allowed;
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```
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| 字段 | 描述 |
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| ------------- |:-------------:|
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| policy | 调度策略 |
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| sched_class | 调度类 |
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| se | 普通进程的调用实体，每个进程都有其中之一的实体 |
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| rt | 实时进程的调用实体，每个进程都有其中之一的实体 |
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| cpus_allowed | 用于控制进程可以在哪里处理器上运行 |
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###调度策略
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policy表示进程的调度策略，目前主要有以下五种：
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>参见
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>
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>http://lxr.free-electrons.com/source/include/uapi/linux/sched.h？v=4.5#L36
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```c
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/*
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* Scheduling policies
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*/
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#define SCHED_NORMAL 0
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#define SCHED_FIFO 1
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#define SCHED_RR 2
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#define SCHED_BATCH 3
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/* SCHED_ISO: reserved but not implemented yet */
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#define SCHED_IDLE 5
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#define SCHED_DEADLINE 6
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```
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| 字段 | 描述 | 所在调度器类 |
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| ------------- |:-------------:|:-------------:|
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| SCHED_NORMAL | （也叫SCHED_OTHER）用于普通进程，通过CFS调度器实现。SCHED_BATCH用于非交互的处理器消耗型进程。SCHED_IDLE是在系统负载很低时使用 | CFS |
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| SCHED_BATCH | SCHED_NORMAL普通进程策略的分化版本。采用分时策略，根据动态优先级(可用nice()API设置），分配 CPU 运算资源。注意：这类进程比上述两类实时进程优先级低，换言之，在有实时进程存在时，实时进程优先调度。但针对吞吐量优化 | CFS |
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| SCHED_IDLE | 优先级最低，在系统空闲时才跑这类进程(如利用闲散计算机资源跑地外文明搜索，蛋白质结构分析等任务，是此调度策略的适用者）| CFS |
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| SCHED_FIFO | 先入先出调度算法（实时调度策略），相同优先级的任务先到先服务，高优先级的任务可以抢占低优先级的任务 | RT |
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| SCHED_RR | 轮流调度算法（实时调度策略），后 者提供 Roound-Robin 语义，采用时间片，相同优先级的任务当用完时间片会被放到队列尾部，以保证公平性，同样，高优先级的任务可以抢占低优先级的任务。不同要求的实时任务可以根据需要用sched_setscheduler()API 设置策略 | RT |
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| SCHED_DEADLINE | 新支持的实时进程调度策略，针对突发型计算，且对延迟和完成时间高度敏感的任务适用。基于Earliest Deadline First (EDF) 调度算法|
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###调度类
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sched_class结构体表示调度类，目前内核中有实现以下四种：
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```c
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extern const struct sched_class stop_sched_class;
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extern const struct sched_class dl_sched_class;
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extern const struct sched_class rt_sched_class;
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extern const struct sched_class fair_sched_class;
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extern const struct sched_class idle_sched_class;
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```
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| 调度器类 | 描述 |
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| ------------- |:-------------:|
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| idle_sched_class | 每个cup的第一个pid=0线程：swapper，是一个静态线程。调度类属于：idel_sched_class，所以在ps里面是看不到的。一般运行在开机过程和cpu异常的时候做dump |
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| stop_sched_class | 优先级最高的线程，会中断所有其他线程，且不会被其他任务打断。作用：1.发生在cpu_stop_cpu_callback 进行cpu之间任务migration；2.HOTPLUG_CPU的情况下关闭任务。|
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| rt_sched_class | RT，作用：实时线程 |
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| fair_sched_class | CFS（公平），作用：一般常规线程 |
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目前系統中,Scheduling Class的优先级顺序为StopTask > RealTime > Fair > IdleTask
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开发者可以根据己的设计需求,來把所属的Task配置到不同的Scheduling Class中.
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