linux内核 进程调度

Posted 2020-10-04 张小贱1987

概念：

进程调度决定那个进程投入运行，运行多长时间。

进程调度没有太复杂的原理，最大限度的利用处理器时间的原则是：只要有可执行的程序，那么总会有进程在执行，如果可运行的进程比处理器数目要多，那么注定要有部分进程在等待。

多任务操作系统：

抢占式多任务模式：由调度系统来决定那个进程在运行。

非抢占式多任务模式：进程自身决定何时停止对CPU的占用。

linux是抢占式的。

调度算法

linux上主要有两大类调度算法，CFS(完全公平调度算法）和实时调度算法。

CFS

 cfs定义了一种新的模型，它给cfs_rq（cfs的run queue）中的每一个进程安排一个虚拟时钟，vruntime。如果一个进程得以执行，随着时间的增长（也就是一个个tick的到来），其vruntime将不断增大。没有得到执行的进程vruntime不变。
而调度器总是选择vruntime跑得最慢的那个进程来执行。这就是所谓的"完全公平"。为了区别不同优先级的进程，优先级高的进程vruntime增长得慢，以至于它可能得到更多的运行机会。

CFS使用红黑树来组织可运行的任务，可以想象为按照vruntime排序的红黑树，内容是进程的PID。这样保证CFS可以很快的找到vruntime最小的进程，并且拿出来投入运行。

了解一个大概就可以了，详细实现可以参考：http://www.cnblogs.com/tianguiyu/articles/6091378.html

实时调度算法

了解：实时调度算法是一种静态优先级的算法，为了满足快速响应。linux尽量保证这些进程总能在抢占中成功。

随眠和唤醒

睡眠（被阻塞）是一种特殊的不可执行状态。这点非常重要，如果没有睡眠状态，调度程序如果有可能选择出一个暂时不愿意被执行的进程，睡眠就必须使用轮询的方式来实现了。

linux的睡眠是通过等待队列来实现的。等待队列和任务队列一样，也是一个双端循环链表。进程执行睡眠操作，会把自己放入等待队列：下次调度的时候，调度器会忽略等待队列中的进程。

等待队列中的任务不会自动被唤醒，而是需要其他进程调用唤醒方法来唤醒，唤醒方法可以唤醒等待队列上随机一个进程，或者所有进程。唤醒操作会修改进程的状态为可运行，然后把此进程放入红黑树。

我的理解：一般是一个进程下的所有线程（对linux来说，也是进程）相互协调工作，举例来说，对于锁，阻塞在这个锁的所有线程都将进入同一个等待队列，一旦另外的线程释放了锁，那么其他线程（如主进程）会负责唤醒这个等待队列上的线程去抢占锁。

上下文切换

进程切换的时候，将上一个进程的处理器状态保存，然后切换到下一个进程的处理器状态，包含但不局限于：栈信息，程序计数器，寄存器信息。