进程管理基础学习笔记 - 3. schedule

最新推荐文章于 2022-06-05 15:41:06 发布

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最新推荐文章于 2022-06-05 15:41:06 发布 · 621 阅读

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本文详细介绍了Linux内核中的进程调度器__schedule函数，包括抢占时机、调度流程、上下文切换等关键步骤。重点讨论了__schedule函数内部如何选择下一个进程、上下文切换的实现以及deactivate_task的处理。通过对源码的分析，揭示了内核抢占和进程切换的机制。

1. 前言

本专题我们开始学习进程管理部分。本文主要参考了《奔跑吧, Linux内核》、ULA、ULK的相关内容。本文只是作为学习笔记以用于构建知识框架，可能存在一些理解不恰当或不到位的地方，后续会随着学习的深入，逐步进行迭代。
在进程管理概述部分介绍过，进程的抢占分为触发抢占（设置TIF_NEED_RESCHED标记）和执行抢占，执行抢占的过程就是调用了schedule，其核心函数为__schedule。

kernel版本：5.10
平台：arm64

2. __schedule

在这里插入图片描述
这段注释翻译成中文如下：

__schedule()是调度器的主函数
让调度器执行调度，并进入到__schedule()函数的方法主要有：
1.调用block的函数，如： mutex, semaphore, waitqueue等等。
2.在中断时返回用户空间时会检查TIF_NEED_RESCHED标志。例如：可以参考arch/x86/entry_64.S：
为了触发抢占，在定时器中断处理函数scheduler_tick()中，调度器会设置TIF_NEED_RESCHED 抢占标志；
3.唤醒一个进程并不真正会引发执行schedule()。唤醒只是添加一个进程到run-queue，仅此而已；
假设，如果一个新的进程被添加到run-queue, 如果抢占当前运行的进程，唤醒操作会设置当前进程的TIF_NEED_RESCHED 标志，
在第一次发生如下情形时，schedule()会被调用：
（1）如果kernel允许抢占(CONFIG_PREEMPT=y)
- 在系统调用或异常上下文，preempt_enable()中会执行schedule()抢占调度（这种情形一般是在wake_up()后执行spin_unlock()时）；
- 在中断上下文，从中断处理函数返回到被中断的上下文
（2）如果kernel抢占被禁用 (CONFIG_PREEMPT is not set)，那么在下一次遇到如下情形时会执行schedule()抢占调度
- cond_resched()调用
- schedule()调用
- 从系统调用或异常返回到用户空间时
- 从中断处理函数返回到用户空间时

对如上注释进行简单总结为：

如果内核允许抢占，如下时机可以执行抢占：
（1）preempt_enable
（2）异常上下文返回到用户空间
（3）异常上下文返回到内核空间
如果内核禁用抢占，如下时机可以执行抢占：
（1）显式调用schedule(）函数（mutex也属于此情况）
（2）异常返回用户空间

asmlinkage __visible void __sched schedule(void)
    |--struct task_struct *tsk = current;
    |--sched_submit_work(tsk);//进程的plug队列泄洪操作
    |--do {
   
   
    |          preempt_disable();//关闭内核抢占
    |          __schedule(false); //调度核心实现
    |          sched_preempt_enable_no_resched();//打开内核抢占
    |  } while (need_resched());//判断当前进程的TIF_NEED_RESCHED是否置位
    \--sched_update_worker(tsk);

static void __sched notrace __schedule(bool preempt)
    |--cpu = smp_processor_id();
    |  rq = cpu_rq(cpu);
    |  prev = rq->curr;//prev指向当前进程
    |--schedule_debug(prev, preempt)//判断当前进程是否处于原子上下文
    |--if (!preempt && prev->state)//发生了非抢占调度，如主动调用schedule
    |      deactivate_task(rq, prev, DEQUEUE_SLEEP | DEQUEUE_NOCLOCK);//当前进程移出就绪队列
    |--next = pick_next_task(rq, prev, &rf);//选择下个合适的进程开始运行
    |--clear_tsk_need_resched(prev);//清除进程的TIF_NEED_RESCHED
    |  clear_preempt_need