Linux系统核心调度器——周期性调度器详解

柔光的暖阳◎ 2022-02-15 03:22 346阅读 0赞

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  <tr> 
   <th>日期</th> 
   <th>内核版本</th> 
   <th>架构</th> 
   <th>作者</th> 
   <th>内容</th> 
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 </thead> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td>2019-5-13</td> 
   <td>Linux-2.6.32</td> 
   <td> <p>X86</p> </td> 
   <td>Bystander</td> 
   <td>Linux进程调度</td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

# 1 绪论 #

在[《Linux系统进程调度——调度架构详细分析》][Linux]一文已经讲解Linux内核中实现了两个调度器：**主调度器**和**周期调度器**，两者合称为**通用调度器**或**核心调度器**，也详细解释调度框架、调度类、调度实体、调度策略等内容。

在[《Linux系统进程核心调度器——主调度器schedule函数详解》][Linux_schedule]一文中说明由以下两种方式分别触发激活**主调度器**和**周期调度器：**

1.  进程直接放弃CPU
2.  通过周期性机制, 以固定的频率检测是否有必要调度

# 2 周期调度器 #

周期性调度器在scheduler\_tick()中实现。 如果系统正在活动中， 内核会按照频率HZ自动调用该函数。 如果没有进程在等待调度，在计算机电力供应不足的情况下， 内核将关闭该调度器以减少能耗。

## 2.1 如何调用scheduler\_tick() ##

在单处理系统上的全局时钟 中断处理程序或者多处理器系统上的本地时钟中断处理程序将调用update\_process\_times()来更新内核统计计数。update\_process\_times()主要完成以下任务：

1.  首先调用account\_process\_tick（），它根据当前进程运行了多久时间和当前进程类别，选择调用account\_user\_time()、account\_system\_time()，还是account\_idle\_time()。
2.  调用run\_local\_timers()，从而间接调用raise\_softirq()，用来激活本地CPU上的TIMER\_SOFTIRQ任务队列。
3.  调用scheduler\_tick()，该函数使当前进程时间片计数器减1，并检查计数器是否已经减到0。

void update_process_times(int user_tick)
    {
    	struct task_struct *p = current;
    	int cpu = smp_processor_id();
    
    	/* Note: this timer irq context must be accounted for as well. */
    	account_process_tick(p, user_tick);
    	run_local_timers();
    	rcu_check_callbacks(cpu, user_tick);
    	printk_tick();
    	scheduler_tick();
    	run_posix_cpu_timers(p);
    }

## 2.2 scheduler\_tick()实现 ##

在scheduler\_tick()中主要实现以下5个主要工作：

1.  调用sched\_clock\_tick()以纳秒为单位将当前时间放入sched\_clock\_data中；
2.  调用update\_rq\_clock()就绪队列时钟的更新, 实际上更新struct rq当前实例的时钟时间戳；
3.  调用update\_cpu\_load()更新CPU上负载，为下一步执行调度类挑选进程做准备；
4.  调用curr->sched\_class->task\_tick()内核先找到了就绪队列上当前运行的进程curr, 然后调用curr所属调度类sched\_class的周期性调度方法task\_tick。在Linux-2.6.32中有task\_tick\_rt(), task\_tick\_fair(), task\_tick\_idle()。
5.  如果系统支持SMP则调用trigger\_load\_balance()定期进行堵负载均衡。

scheduler\_tick()源码如下：

void scheduler_tick(void)
    {
        /*获取当前CPU ID*/
    	int cpu = smp_processor_id();
        /*根据CPU ID 获取当前CPU运行队列rq*/
    	struct rq *rq = cpu_rq(cpu);
        /*获取当前CPU上运行队列正在运行进程*/
    	struct task_struct *curr = rq->curr;
        /*以纳秒为单位将当前时间放入sched_clock_data中*/
    	sched_clock_tick();
    
    	spin_lock(&rq->lock);
        /*更新rq的时间.即使rq->clock变为当前时间*/  
    	update_rq_clock(rq);
         /*更新负载信息，也就是更新rq->cpu_load[]*/  
    	update_cpu_load(rq);
    /*执行当前运行进程curr的调度类的task_tick函数*/
    	curr->sched_class->task_tick(rq, curr, 0);
    	spin_unlock(&rq->lock);
         /* 与perf计数事件相关 */
    	perf_event_task_tick(curr, cpu);
    
    #ifdef CONFIG_SMP
        /*判断当前CPU是否空闲*/
    	rq->idle_at_tick = idle_cpu(cpu);
    /* 如果需要定期进行负载平衡，则触发sched_softirq */
    	trigger_load_balance(rq, cpu);
    #endif
    }

[Linux]: https://blog.csdn.net/weixin_42092278/article/details/89187728
[Linux_schedule]: https://blog.csdn.net/weixin_42092278/article/details/88778435