什么是調度？為什么要調度？

什么是調度？按照某種調度算法，從進程的ready隊列中選擇進程給CPU。

為什么要調度？為了最大限度的利用CPU。

調度相關結構體

task_struct

我們先把task_struct中和調度相關的結構拎出來：

structtask_struct{ ...... /* *調度類。用 sched_class 對調度器進行抽象 *Stop調度器:stop_sched_class *Deadline調度器:dl_sched_class *RT調度器:rt_sched_class *CFS調度器:cfs_sched_class *IDLE-Task調度器:idle_sched_class */ conststructsched_class*sched_class; //CFS調度實體 structsched_entityse; //RT調度實體 structsched_rt_entityrt; ...... #ifdefCONFIG_CGROUP_SCHED //任務組（在每個CPU上都會維護一個CFS調度實體、CFS運行隊列;RT調度實體，RT運行隊列） structtask_group*sched_task_group; #endif //DL調度實體 structsched_dl_entitydl; ...... /* *進程的調度策略,有6種。 *限期進程調度策略:SCHED_DEADLINE。DL調度器 *實時進程調度策略:SCHED_FIFO，SCHED_RR。RT調度器 *普通進程調度策略:SCHED_NORMAL，SCHED_BATCH，SCHED_IDLE。CFS調度器 */ unsignedintpolicy; ...... }

struct sched_class 對調度器進行抽象，一共分為5類：

Stop調度器：優(yōu)先級最高的調度類，可以搶占其他所有進程，不能被其他進程搶占；

Deadline調度器：使用紅黑樹，把進程按照絕對截止期限進行排序，選擇最小進程進行調度運行；

RT調度器：為每個優(yōu)先級維護一個隊列；

CFS調度器：采用完全公平調度算法，引入虛擬運行時間概念；

IDLE-Task調度器：每個CPU都會有一個idle線程，當沒有其他進程可以調度時，調度運行idle線程；

unsigned int policy 進程的調度策略有6種，用戶可以調用調度器里的不同調度策略：

SCHED_DEADLINE：使task選擇Deadline調度器來調度運行

SCHED_RR：時間片輪轉，進程用完時間片后加入優(yōu)先級對應運行隊列的尾部，把CPU讓給同優(yōu)先級的其他進程；

SCHED_FIFO：先進先出調度沒有時間片，沒有更高優(yōu)先級的情況下，只能等待主動讓出CPU；

SCHED_NORMAL：使task選擇CFS調度器來調度運行；

SCHED_BATCH：批量處理，使task選擇CFS調度器來調度運行；

SCHED_IDLE：使task以最低優(yōu)先級選擇CFS調度器來調度運行；

struct sched_entity se；采用CFS算法調度的普通非實時進程的調度實體

struct sched_rt_entity rt；采用Roound-Robin或者FIFO算法調度的實時調度實體

struct sched_dl_entity dl; 采用EDF算法調度的實時調度實體

分配給CPU的task，作為調度實體加入到運行隊列中

runqueue 運行隊列

structrq{ ...... //三個調度隊列：CFS調度，RT調度，DL調度 structcfs_rqcfs; structrt_rqrt; structdl_rqdl; ...... //idle指向空閑內核線程,stop指向遷移內核線程 structtask_struct*curr,*idle,*stop; ...... }

三個調度隊列：

struct cfs_rq cfs; CFS調度隊列

struct rt_rq rt; RT調度隊列

struct dl_rq dl; DL調度隊列

每個CPU都有一個運行隊列，每個運行隊列中有三個調度隊列，task作為調度實體加入到各自的調度隊列中。

調度流程

調度的本質就是選擇下一個進程來運行，調度的過程分為兩步：

1. 設置調度標記

為CPU上正在運行的進程thread_info結構體里的flags成員設置TIF_NEED_RESCHED。

那么，什么時候設置TIF_NEED_RESCHED呢 ？

scheduler_tick 時鐘中斷

wake_up_process 喚醒進程的時候

do_fork 創(chuàng)建新進程的時候

smp_send_reschedule 負載均衡的時候

set_user_nice 修改進程nice值的時候

以上情況下都會通過 resched_curr 來設置進程thread_info結構體里的flags成員為TIF_NEED_RESCHED。以 scheduler_tick 和 wake_up_process 為例：

關于是否需要設置TIF_NEED_RESCHED的依據(jù)涉及到具體的調度算法，等我們講到具體調度器時再詳細講。

2. 執(zhí)行調度

kernel判斷當前進程標記是否為TIF_NEED_RESCHED，是的話調用 schedule 函數(shù)切換上下文，kernel空間是可以關搶占的，user空間是無法關搶占的。搶占可分為內核態(tài)搶占和用戶態(tài)搶占

用戶態(tài)搶占

ret_to_user是系統(tǒng)調用，異常觸發(fā)，中斷處理完成后都會調用的函數(shù)。

內核態(tài)搶占

進程切換上下文 context_switch

通過上面我們知道執(zhí)行調度的時候發(fā)生在 _schedule 函數(shù)里。

重點是其中的兩個函數(shù)，一個是選擇需要切換任務的 pick_next_task，另外一個是完成進程上下文切換 context_switch。

關于選擇task的策略涉及到不同的調度類，等我們講到具體調度器的時候再展開，這里重點講下上下文切換的函數(shù) context_switch，進程上下文切換主要涉及到兩部分主要過程：進程地址空間切換和處理器狀態(tài)切換：

進程的地址空間切換

將下一個進程的pgd虛擬地址轉化為物理地址存放在ttbr0_el1中(這是用戶空間的頁表基址寄存器)，當訪問用戶空間地址的時候mmu會通過這個寄存器來做遍歷頁表獲得物理地址。完成了這一步，也就完成了進程的地址空間切換，確切的說是進程的虛擬地址空間切換。

寄存器狀態(tài)切換

其中x19-x28是arm64 架構規(guī)定需要調用保存的寄存器，可以看到處理器狀態(tài)切換的時候將前一個進程（prev）的x19-x28，fp,sp,pc保存到了進程描述符的cpu_contex中，然后將即將執(zhí)行的進程(next)描述符的cpu_contex的x19-x28，fp,sp,pc恢復到相應寄存器中，而且將next進程的進程描述符task_struct地址存放在sp_el0中，用于通過current找到當前進程，這樣就完成了處理器的狀態(tài)切換。

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