一、概述

决定何时、如何选择一个新进程运行的这组规则叫做：调度策略(scheduling policy)。

Linux的调度是基于分时技术(time sharing)：多个进程以“时间多路复用”方式运行，因为CPU的时间呗分成“片”(slice)，给每个可运行进程分配一片。如果当前运行进程的时间片或时限(quantum)到期时，该进程还没有运行完毕，进程切换就会发生。

调度策略也是根据进程的优先级对它们进行分类。在Linux中，进程优先级是动态的：在较长时间内没有运行的进程，会动态提升它们的优先级；相反地，对于在CPU上运行较长时间的进程，会降低它们的优先级来惩罚它们。

所以，实现调度的工具是调度器(scheduler)，调度的对象是进程(process)，调度的方法是调度策略(包括调度算法)。

二、CPU调度器

这里主要讲了cpu调度器的工作内容和目的：

多个task会共享CPU资源

那如何进行任务切换选择呢？

当前运行的task中止

当前运行的task sleep(wait event)

新task创建，或者sleep的task唤醒了

当前运行的task的时间片用完

那调度器的目标是什么？

公平调度各个task

基于task的优先级来分配时间片

task的respnse时间短

高throughput(task执行成功)

在多个cpu间，负载均衡

低功耗

调度器代码运行开销低

调度器会和工作在一些框架、服务器、PC、嵌入式/手机中。

三、O(1)调度器

在2.6.23(2007)以前，Linux调度器使用的是O(1)调度器：

调度器分140个优先级等级：0-99是RT task，100-139是User task

每个cpu的runqueue有2个数组：Active，Expaired

每个数组都有140个entry，对应每个优先级

每个entry是一条FIFO队列结构的链表

140位的bitmap用来检测每个优先级list

时间片会根据task的优先级进行分配

运行时间expaire的task会从Active数组移动到Expaired数组

当Active数组为空时，就交换2个数组。即，将Expaired数组变为Active；Active(此时为空)变为Expaired

task的入rq和出rq，以及next task的选择都是在固定时间内完成

最后在O(1)调度器已经被CFS替代。

四、当前调度器架构

在kernel 2.6.23(2007)后，由Ingo Molnar引入

在调度的class中，还存在调度policy

不同的调度class，高优先级的，越早执行

task可以在cpu、调度policy、调度class间进行迁移

4.1  调度class

由struce sched_class结构体实现：

structsched_class {const struct sched_class *next;void (*enqueue_task) (struct rq *rq, struct task_struct *p, intflags);void (*dequeue_task) (struct rq *rq, struct task_struct *p, intflags);

...struct task_struct * (*pick_next_task) (struct rq *rq, struct task_struct *prev, struct rq_flags *rf);

...

};

内核中一共有5中调度class，优先级从高到低：STOP > DL > RT > CFS > IDLE，他们通过链表实现，并链接起来的。

4.2  主调度函数Schedule()

内核中进程调度，最主要的实现是Schedule()函数。它完成如下工作：

选取下一个runnable的task，并将task放在cpu上运行

按class优先级搜索task来运行，最先从STOP class开始

轮询搜索：for_each_class()

实现方式：pick_next_task()：

again:

for_each_class(class) {

p= class->pick_next_task(rq, prev, rf);if(p) {if (unlikely(p ==RETRY_TASK))gotoagain;returnp;

}

}/*The idle class should always have a runnable task:*/BUG();

4.3  调度class与policy

在不同的调度class下，可能会有不同的调度policy实现：

● Stop

○ No policy

● Deadline

○ SCHED_DEADLINE

● Real Time

○ SCHED_FIFO

○ SCHED_RR

● Fair

○ SCHED_NORMAL

○ SCHED_BATCH

○ SCHED_IDLE

● Idle

○ No policy

不同的class代表不同的调度优先级；不同的policy同样也意味着不同的调度方式。

4.4  调度class：STOP

STOP类型的class有如下特点：

是最高优先级的class(但是这个class不开放给系统user使用的)

只能在smp系统上可用(stop_machine()在单核处理器下不可用)------括号内的具体没怎么理解

可以抢占所有task，并任何事件都不能抢占它

实现方式是：停止运行的其他所有task，而在cpu上运行一个特定的函数

没有调度policy

属于stop class的per cpu内核线程：migration/N ------“N”为cpu core number

在以下情况下使用：task迁移、CPU hotplug、RCU、ftrace、cloclevents等

4.5  调度class：Deadline(DL)

Deadline类型的class有如下特点：

在kernel 3.14(2013)，由Dario Faggioli & Juri Lelli引入

在系统中，属于可以使用的最高优先级的class

调度policy为SCHED_DEADLINE

由红黑树结构实现(自平衡树)

在以下情况下使用：周期性的实时task，例如：视频编解码

4.6  调度Real-time(RT)

Real-time类型的class有如下特点：

符合POSIX标准要求

task优先级范围：0-99

优先级在kernel和userspace中相反：0在kernel中，代表最高优先级；而在userspace中代表最低优先级

相同优先级下的调度policy：

SCHED_FIFO

SCHED_RR，默认时间片长度为100ms

由链表实现

在以下情况下使用：latency敏感的task，例如：IRQ threads

4.7  调度CFS(Completely Fair Scheduler)

CFS类型的class有如下特点：

由Ingo Molnar引入

调度policy：

SCHED_NORMAL：普通task

SCHED_BATCH：批处理 task(batch task，非交互型)

SCHED_IDLE：低优先级task

由红黑树结构实现

跟踪task的虚拟运行时间(vruntime，task拥有的运行时间)

虚拟运行时间(vruntime)最短的task，最优先运行

task的优先级作为权重，会影响虚拟运行时间的计算(vruntime)

权重越大，虚拟运行时间(vruntime)计算时的增量就越小

task的优先级计算：120+nice值(nice范围：-20 ~ +19)

用于所有其他类型的task，例如：shell

4.7  调度Idle

Idle类型的class有如下特点：

最低优先级的调度class

没有调度policy

属于idle class的per cpu内核线程(idle)：swapper/N ------“N”为cpu core number

idle线程仅会在没有其他task的情况下，在cpu上运行

idle线程可以让cpu进入低功耗状态

五、Runqueue

每个CPU都由一个struct rq的实例

每个”rq“包含了DL、RT、CFS的runqueue

Runnable的task会被压入上面提到的那些runqueue中

在struct rq中由很多其他的信息和状态

structrq {

...structcfs_rq cfs;structrt_rq rt;structdl_rq dl;

...

}