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聊聊Linux内核进程调度上篇

爱谁谁
发布: 2025-07-11 09:10:11
原创
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linux的进程调度器是内核中最关键的组件之一,它负责决定何时以及多久一个进程可以获得cpu时间。在最理想的情况下,进程调度器需要确保每个进程都能合理地分配到cpu执行指令的时间。为此,进程调度器必须具备以下特性:

聊聊Linux内核进程调度上篇

Linux进程调度器采用类似于vfs的设计,采用简单的两层结构模式。第一层是通用调度器,定义为进程调度器的入口抽象层;第二层是调度器的具体实现,根据调度策略实现进程调度的具体实现。第一层使用了struct sched_class来描述;第二层是具体的调度器,包括deadline调度器(struct sched_class dl_sched_class)实时调度器(struct sched_class rt_sched_class)完全公平调度器(struct sched_class fair_sched_class)

聊聊Linux内核进程调度上篇

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内核中的运行队列包含了所有进程,每个CPU都有一个运行队列,各自的进程运行队列会在各自的CPU队列中争夺CPU的运行时间。实际的进程调度器嵌入到每个CPU的运行队列中。内核中进程运行队列是通过struct rq来定义的:

// 省略大部分字段,着重描述下运行队列中的一些字段
struct rq {
    // 每个CPU的运行队列的锁
    raw_spinlock_t lock;
    // 运行队列的进程数
    unsigned int nr_running;
    // 当前CPU上的负载
    struct load_weight load;
    // 进程切换的次数
    u64 nr_switches;
    // 公平调度器
    struct cfs_rq cfs;
    // 实时调度器
    struct rt_rq rt;
    // deadline调度器
    struct dl_rq dl;
    unsigned long nr_uninterruptible;
    // 正在运行的进程任务
    struct task_struct *curr;
    // 空闲的进程任务
    struct task_struct *idle;
    // 停止的进程任务
    struct task_struct *stop;
    unsigned long next_balance;
};
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进程调度实现是通过调用进程第一层的通用调度器开始的,内核从__schedule()函数开始,该函数负责挑选下一个最佳的可运行的进程任务。__schedule()函数中的pick_next_task()会遍历实际调度器中的函数,并选择出下一个最佳的任务。如果其他实际调度器没有更高优先级的可运行进程任务,pick_next_task()会选择完全公平调度器中寻找下一个进程任务。

static void __sched notrace __schedule(bool preempt)
{
    next = pick_next_task(rq, prev, &rf);
}

// 选择一个优先级最高的进程执行
static inline struct task_struct *pick_next_task(struct rq *rq, struct task_struct *prev, struct rq_flags *rf)
{
    const struct sched_class *class;
    struct task_struct *p;

    if (likely((prev->sched_class == &idle_sched_class ||
                prev->sched_class == &fair_sched_class) &&
               rq->nr_running == rq->cfs.h_nr_running)) {
        p = fair_sched_class.pick_next_task(rq, prev, rf);
        if (unlikely(p == RETRY_TASK))
            goto again;
        if (unlikely(!p))
            p = idle_sched_class.pick_next_task(rq, prev, rf);
        return p;
    }

again:
    for_each_class(class) {
        p = class->pick_next_task(rq, prev, rf);
        if (p) {
            if (unlikely(p == RETRY_TASK))
                goto again;
            return p;
        }
    }
    BUG();
}
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