Linux进程调度入门

基础知识

思维导图

调度类和调度策略

摘自：https://zhuanlan.zhihu.com/p/554149581

• Stop调度器，stop_sched_class：优先级最高的调度类，可以抢占其他所有的进程，但不能被其他进程抢占。用于执行一些特别紧急的进程。由于每个cpu只有一个stop线程（migration/N），所以就没有具体的调度策略及优先级，内核提供了一些接口可以向这些进程push work。主要用于负载均衡机制中的进程迁移、softlockup检测、cpu hotplug、RCU等。

• Deadline调度器，dl_sched_class：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，属于硬实时，是用于对调度时间有明确要求的进程。由于该调度类用的是进程设置的三个调度参数（运行周期、运行时间、截止时间）作为调度依据，用不到优先级，不过为了跟其他调度类有优先级划分，该类调度器的进程优先级被设为-1。用于调度有严格时间要求的实时进程，如视频编解码等。常见的调度策略是：

• • SCHED_DEADLINE：限期进程调度策略，使task选择Deadline调度器来调度运行。

• RT调度器，rt_sched_class：实时调度器，为每个优先级维护一个队列，属于软实时，适用于只要可运行就希望立马能运行的进程。优先级为0~99，数字越大优先级越高。实时调度类分为两个调度策略：

• • SCHED_RR：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CPU让给同优先级的其他进程。
    • SCHED_FIFO：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CPU。

• CFS调度器，cfs_sched_class，完全公平调度器，采用完全公平调度算法，引入虚拟运行时间概念。给广大普通线程使用。优先级为100~139。该调度类包含三个调度策略：

• • SCHED_NORMAL：使进程选择CFS调度器来调度运行
    • SCHED_BATCH：批量处理，希望减少调度次数，每次调度能执行的时间长点。
    • SCHED_IDLE：优先级特别低的进程，能分到的cpu时间比例很低，但也是总能分到。

• IDLE调度器，idle_sched_class：空闲调度器，每个CPU都会有一个idle线程，当没有其他进程可以调度时，调度运行idle线程。在内核启动的时候就创建了每cpu的idle进程，属于最低优先级的进程。

在task_struct中有4个字段表示优先级：

• Rt_priority：用来记录实时进程的用户空间的静态优先级。
• Static_prio：用来记录CFS进程的用户空间的动态优先级并做了转换（nice+120），在进程启动时分配，用户可以通过nice()或sched_setscheduler()更改。
• Normal_prio：规范优先级，在创建进程时会继承父进程的normal_prio。为了将RT进程和CFS进程的优先级统一在一个数轴上，实时进程的转换：normao_prio = 99 – rt，普通进程的转换：normal_prio = static_prio。
• Prio：动态优先级，是调度类考虑的优先级，有些时候会暂替提高该优先级，比如实时互斥锁。一般等于normal_prio，对进程所有的处理都以动态优先级为准。

数据结构

摘自：https://zhuanlan.zhihu.com/p/554149581

对于每个CPU只能有一个stop和idle，因此不需要队列；

每一个CPU都会有一个per-cpu变量struct rq，每个struct rq上又会有三个不同调度类的调度队列，然后调度队列要用不同的数据结构（比如红黑树）来管理每一个进程的调度实体（sched_entity），进程的task结构体中也会有指针指向它自己的调度实体。

调度过程

摘自：https://zhuanlan.zhihu.com/p/554149581

还是经典的状态转换图：

无论是新建的进程，还是阻塞的进程，想要进入到运行队列，都是靠唤醒来实现的，只不过两种唤醒有所不同。🤔

关于调度时机，文章是这样介绍的🤔：

我们跟着看被动调度：😊

时钟中断

唤醒阻塞进程的时候

创建新进程的时候

设置进程优先级的时候

负载均衡时

这里对触发调度和执行调度做一个简单的理解，以时钟中断为例，时钟中断只是触发调度，此时检查进程的时间片有没有用完，如果没有用完是不会切换进程的🤔（只是简单的理解举例）

再理解一下唤醒：（纯个人瞎猜😂）

如果是创建新的进程，那么就顺着走，创建完了新的进程就会调用唤醒相关的函数，然后决定调度；

如果是阻塞唤醒，笔者猜想是否相应的事件会产生中断来通知内核？🤔这样就会触发调度来决定被唤醒的进程被调度到哪里？🤔

对于设置进程的优先级，会通过nice主动进入到内核，然后调用到相关调度的内核模块：

负载均衡又是什么道理呢？🤔

参考这个https://zhuanlan.zhihu.com/p/662916716

似乎负载均衡也要靠时钟中断来维持捏🤔

如何设置进程的优先级

参考这篇文章：https://docs.pingcode.com/baike/1019204

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/time.h>
#include <sys/resource.h>
int main() {
    int priority = 10;
    pid_t pid = getpid();
    if (setpriority(PRIO_PROCESS, pid, priority) < 0) {
        perror("setpriority");
        return 1;
    }
    printf("Process priority set to %d.n", priority);
    return 0;
}

参考

https://zhuanlan.zhihu.com/p/554149581

https://zhuanlan.zhihu.com/p/662916716

https://docs.pingcode.com/baike/1019204