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[26447] 2021-06-04_Linux进程管理之调度和进程切换

文档创建者：s7ckTeam
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最后更新：2025-01-19
2021-06-04_Linux进程管理之调度和进程切换 L i n u x   进 程 管 理 之 调 度 和 进 程 切 换 L i n u x 学 习   2 0 2 1 - 0 6 - 0 4 以 下 文 章 来 源 于 人 人 都 是 极 客   ， 作 者 布 道 师 P e t e r 来 自 公 众 号 ： 来 自 公 众 号 ： 人 人 都 是 极 客 人 人 都 是 极 客 什 么 是 调 度 ？ 按 照 某 种 调 度 算 法 ， 从 进 程 的 r e a d y 队 列 中 选 择 进 程 给 C P U 。 为 什 么 要 调 度 ？ 为 了 最 大 限 度 的 利 用 C P U 。 调 度 相 关 结 构 体 调 度 相 关 结 构 体 t a s k _ s t r u c t 我 们 先 把 t a s k _ s t r u c t 中 和 调 度 相 关 的 结 构 拎 出 来 ： 人 人 都 是 极 客 人 人 都 是 极 客   . 号 主 P e t e r   L i u ， N X P 资 深 系 统 工 程 师 ， 谷 歌 优 秀 讲 师 ， C S D N 博 客 专 家 。 主 要 分 享 A R M ， L i n u x ， A n d r o i d 等 技 术 和 职 业 发 展 与 项 目 管 理 。
s t r u c t   s c h e d _ c l a s s   对 调 度 器 进 行 抽 象 ， 一 共 分 为 对 调 度 器 进 行 抽 象 ， 一 共 分 为 5 类 类 ： s t r u c t   t a s k _ s t r u c t   {   . . . . . .     / *   * 调 度 类 。 用   s c h e d _ c l a s s   对 调 度 器 进 行 抽 象     * S t o p 调 度 器 : s t o p _ s c h e d _ c l a s s   * D e a d l i n e 调 度 器 : d l _ s c h e d _ c l a s s   * R T 调 度 器 : r t _ s c h e d _ c l a s s   * C F S 调 度 器 : c f s _ s c h e d _ c l a s s   * I D L E - T a s k 调 度 器 : i d l e _ s c h e d _ c l a s s   * /   c o n s t   s t r u c t   s c h e d _ c l a s s   * s c h e d _ c l a s s ;   / / C F S 调 度 实 体   s t r u c t   s c h e d _ e n t i t y     s e ;   / / R T 调 度 实 体   s t r u c t   s c h e d _ r t _ e n t i t y     r t ;     . . . . . .     # i f d e f   C O N F I G _ C G R O U P _ S C H E D   / / 任 务 组 （ 在 每 个 C P U 上 都 会 维 护 一 个 C F S 调 度 实 体 、 C F S 运 行 队 列 ;   R T 调 度 实 体 ， R T 运 行 队 列 ）   s t r u c t   t a s k _ g r o u p     * s c h e d _ t a s k _ g r o u p ;   # e n d i f   / / D L 调 度 实 体   s t r u c t   s c h e d _ d l _ e n t i t y     d l ;     . . . . . .     / *   * 进 程 的 调 度 策 略 , 有 6 种 。   * 限 期 进 程 调 度 策 略 : S C H E D _ D E A D L I N E 。 D L 调 度 器   * 实 时 进 程 调 度 策 略 : S C H E D _ F I F O ， S C H E D _ R R 。 R T 调 度 器   * 普 通 进 程 调 度 策 略 : S C H E D _ N O R M A L ， S C H E D _ B A T C H ， S C H E D _ I D L E 。 C F S 调 度 器   * /   u n s i g n e d   i n t       p o l i c y ;     . . . . . . }
1 .   S t o p 调 度 器 ： 优 先 级 最 高 的 调 度 类 ， 可 以 抢 占 其 他 所 有 进 程 ， 不 能 被 其 他 进 程 抢 占 ； 2 .   D e a d l i n e 调 度 器 ： 使 用 红 黑 树 ， 把 进 程 按 照 绝 对 截 止 期 限 进 行 排 序 ， 选 择 最 小 进 程 进 行 调 度 运 行 ； 3 .   R T 调 度 器 ： 为 每 个 优 先 级 维 护 一 个 队 列 ； 4 .   C F S 调 度 器 ： 采 用 完 全 公 平 调 度 算 法 ， 引 入 虚 拟 运 行 时 间 概 念 ； 5 .   I D L E - T a s k 调 度 器 ： 每 个 C P U 都 会 有 一 个 i d l e 线 程 ， 当 没 有 其 他 进 程 可 以 调 度 时 ， 调 度 运 行 i d l e 线 程 ； u n s i g n e d   i n t   p o l i c y   进 程 的 调 度 策 略 有 进 程 的 调 度 策 略 有 6 种 ， 用 户 可 以 调 用 调 度 器 里 的 不 同 种 ， 用 户 可 以 调 用 调 度 器 里 的 不 同 调 度 策 略 ： 调 度 策 略 ： 1 .   S C H E D _ D E A D L I N E ： 使 t a s k 选 择 D e a d l i n e 调 度 器 来 调 度 运 行 2 .   S C H E D _ R R ： 时 间 片 轮 转 ， 进 程 用 完 时 间 片 后 加 入 优 先 级 对 应 运 行 队 列 的 尾 部 ， 把 C P U 让 给 同 优 先 级 的 其 他 进 程 ； 3 .   S C H E D _ F I F O ： 先 进 先 出 调 度 没 有 时 间 片 ， 没 有 更 高 优 先 级 的 情 况 下 ， 只 能 等 待 主 动 让 出 C P U ； 4 .   S C H E D _ N O R M A L ： 使 t a s k 选 择 C F S 调 度 器 来 调 度 运 行 ； 5 .   S C H E D _ B A T C H ： 批 量 处 理 ， 使 t a s k 选 择 C F S 调 度 器 来 调 度 运 行 ； 6 .   S C H E D _ I D L E ： 使 t a s k 以 最 低 优 先 级 选 择 C F S 调 度 器 来 调 度 运 行 ； s t r u c t   s c h e d _ e n t i t y   s e ； 采 用 ； 采 用 C F S 算 法 调 度 的 普 通 非 实 时 进 程 的 调 度 实 体 算 法 调 度 的 普 通 非 实 时 进 程 的 调 度 实 体 s t r u c t   s c h e d _ r t _ e n t i t y   r t ； 采 用 ； 采 用 R o o u n d - R o b i n 或 者 或 者 F I F O 算 法 调 度 的 实 时 调 度 算 法 调 度 的 实 时 调 度 实 体 实 体
s t r u c t   s c h e d _ d l _ e n t i t y   d l ;     采 用 采 用 E D F 算 法 调 度 的 实 时 调 度 实 体 算 法 调 度 的 实 时 调 度 实 体 分 配 给 C P U 的 t a s k ， 作 为 调 度 实 体 加 入 到 运 行 队 列 中 r u n q u e u e   运 行 队 列 运 行 队 列 三 个 调 度 队 列 ： s t r u c t   c f s _ r q   c f s ;     C F S 调 度 队 列 调 度 队 列 s t r u c t   r t _ r q   r t ;     R T 调 度 队 列 调 度 队 列 s t r u c t   d l _ r q   d l ;     D L 调 度 队 列 调 度 队 列 每 个 C P U 都 有 一 个 运 行 队 列 ， 每 个 运 行 队 列 中 有 三 个 调 度 队 列 ， t a s k 作 为 调 度 实 体 加 入 到 各 自 的 调 度 队 列 中 。 调 度 流 程 调 度 流 程 s t r u c t   r q   {   . . . . . .     / / 三 个 调 度 队 列 ： C F S 调 度 ， R T 调 度 ， D L 调 度   s t r u c t   c f s _ r q   c f s ;   s t r u c t   r t _ r q   r t ;   s t r u c t   d l _ r q   d l ;     . . . . . .     / / i d l e 指 向 空 闲 内 核 线 程 ,   s t o p 指 向 迁 移 内 核 线 程   s t r u c t   t a s k _ s t r u c t   * c u r r ,   * i d l e ,   * s t o p ;   . . . . . . }
调 度 的 本 质 就 是 选 择 下 一 个 进 程 来 运 行 ， 调 度 的 过 程 分 为 两 步 ： 1 .   设 置 调 度 标 记 设 置 调 度 标 记 为 C P U 上 正 在 运 行 的 进 程 t h r e a d _ i n f o 结 构 体 里 的 f l a g s 成 员 设 置 T I F _ N E E D _ R E S C H E D 。 那 么 ， 什 么 时 候 设 置 T I F _ N E E D _ R E S C H E D 呢   ？ 1 .   s c h e d u l e r _ t i c k   时 钟 中 断 2 .   w a k e _ u p _ p r o c e s s   唤 醒 进 程 的 时 候 3 .   d o _ f o r k   创 建 新 进 程 的 时 候 4 .   s m p _ s e n d _ r e s c h e d u l e   负 载 均 衡 的 时 候 5 .   s e t _ u s e r _ n i c e   修 改 进 程 n i c e 值 的 时 候 以 上 情 况 下 都 会 通 过   r e s c h e d _ c u r r   来 设 置 进 程 t h r e a d _ i n f o 结 构 体 里 的 f l a g s 成 员 为 T I F _ N E E D _ R E S C H E D 。 以   s c h e d u l e r _ t i c k   和 w a k e _ u p _ p r o c e s s   为 例 ： 关 于 是 否 需 要 设 置 T I F _ N E E D _ R E S C H E D 的 依 据 涉 及 到 具 体 的 调 度 算 法 ， 等 我 们 讲 到 具 体 调 度 器 时 再 详 细 讲 。 2 .   执 行 调 度 执 行 调 度
k e r n e l 判 断 当 前 进 程 标 记 是 否 为 T I F _ N E E D _ R E S C H E D ， 是 的 话 调 用 调 用   s c h e d u l e   函 数 切 换 上 下 文 函 数 切 换 上 下 文 ， k e r n e l 空 间 是 可 以 关 抢 占 的 ， u s e r 空 间 是 无 法 关 抢 占 的 。 抢 占 可 分 为 内 核 态 抢 占 和 用 户 态 抢 占 1 .   用 户 态 抢 占 r e t _ t o _ u s e r 是 系 统 调 用 ， 异 常 触 发 ， 中 断 处 理 完 成 后 都 会 调 用 的 函 数 。 2 .   内 核 态 抢 占
进 程 切 换 上 下 文 进 程 切 换 上 下 文   c o n t e x t _ s w i t c h 通 过 上 面 我 们 知 道 执 行 调 度 的 时 候 发 生 在   _ s c h e d u l e   函 数 里 。 重 点 是 其 中 的 两 个 函 数 ， 一 个 是 选 择 需 要 切 换 任 务 的   p i c k _ n e x t _ t a s k ， 另 外 一 个 是 完 成 进 程 上 下 文 切 换   c o n t e x t _ s w i t c h 。 关 于 选 择 t a s k 的 策 略 涉 及 到 不 同 的 调 度 类 ， 等 我 们 讲 到 具 体 调 度 器 的 时 候 再 展 开 ， 这 里 重 点 讲 下 上 下 文 切 换 的 函 数 c o n t e x t _ s w i t c h ， 进 程 上 下 文 切 换 主 要 涉 及 到 两 部 分 主 要 过 程 ： 进 程 地 址 空 间 切 换 和 处 理 器 状 态 切 换 ： 进 程 的 地 址 空 间 切 换 进 程 的 地 址 空 间 切 换
将 下 一 个 进 程 的 p g d 虚 拟 地 址 转 化 为 物 理 地 址 存 放 在 t t b r 0 _ e l 1 中 ( 这 是 用 户 空 间 的 页 表 基 址 寄 存 器 ) ， 当 访 问 用 户 空 间 地 址 的 时 候 m m u 会 通 过 这 个 寄 存 器 来 做 遍 历 页 表 获 得 物 理 地 址 。 完 成 了 这 一 步 ， 也 就 完 成 了 进 程 的 地 址 空 间 切 换 ， 确 切 的 说 是 进 程 的 虚 拟 地 址 空 间 切 换 。 寄 存 器 状 态 切 换 寄 存 器 状 态 切 换 其 中 x 1 9 - x 2 8 是 a r m 6 4   架 构 规 定 需 要 调 用 保 存 的 寄 存 器 ， 可 以 看 到 处 理 器 状 态 切 换 的 时 候 将 前 一 个 进 程 （ p r e v ） 的 x 1 9 - x 2 8 ， f p , s p , p c 保 存 到 了 进 程 描 述 符 的 c p u _ c o n t e x 中 ， 然 后 将 即 将 执 行 的 进 程 ( n e x t ) 描 述 符 的 c p u _ c o n t e x 的 x 1 9 - x 2 8 ， f p , s p , p c 恢 复 到 相 应 寄 存 器 中 ， 而 且 将 n e x t 进 程 的 进 程 描 述 符 t a s k _ s t r u c t 地 址 存 放 在 s p _ e l 0 中 ， 用 于 通 过 c u r r e n t 找 到 当 前 进 程 ， 这 样 就 完 成 了 处 理 器 的 状 态 切 换 。 - - -   E O F   - - - 推 荐 推 荐 ↓ ↓ ↓
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