linux 进程调度-优快云博客

本文详细介绍了 Linux 内核的进程调度机制，包括不同调度策略的特点与应用场景，如 SCHED_OTHER、SCHED_FIFO 和 SCHED_RR。此外，还探讨了调度单位、优先级、时间片等关键概念。

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进程的 sleep_avg 记录着一个进程用于休眠和用于执行的时间，范围从 0 到 NS_MAX_SLEEP_AVG (NS_MAX_SLEEP_AVG 与 MAX_SLEEP_AVG 单位不同。前者一 ns 纳秒为单位，而后者以 jiffy 为单位，一般为 5ms. sleep_avg 的单位是 ns), sleep_avg 的默认值为 10ms(2 个 jiffy). 它的值在进程休眠结束时根据休眠时间增大，并在进程运行时更具运行时间减小。

linux 内核的三种调度方法：
1 ，SCHED_OTHER 分时调度策略，
2 ，SCHED_FIFO 实时调度策略，先到先服务
3 ，SCHED_RR 实时调度策略，时间片轮转

实时进程将得到优先调用，实时进程根据实时优先级决定调度权值，分时进程则通过nice 和counter 值决定权值，nice 越小，counter 越大，被调度的概率越大，也就是曾经使用了cpu 最少的进程将会得到优先调度。

SHCED_RR 和SCHED_FIFO 的不同：

当采用SHCED_RR 策略的进程的时间片用完，系统将重新分配时间片，并置于就绪队列尾。放在队列尾保证了所有具有相同优先级的RR 任务的调度公平。

SCHED_FIFO 一旦占用cpu 则一直运行。一直运行直到有更高优先级任务到达或自己放弃。

如果有相同优先级的实时进程（根据优先级计算的调度权值是一样的）已经准备好，FIFO 时必须等待该进程主动放弃后才可以运行这个优先级相同的任务。而RR 可以让每个任务都执行一段时间。

相同点：

RR 和FIFO 都只用于实时任务。

创建时优先级大于0(1-99) 。

按照可抢占优先级调度算法进行。

就绪态的实时任务立即抢占非实时任务。

所有任务都采用linux 分时调度策略时。

1 ，创建任务指定采用分时调度策略，并指定优先级nice 值(-20~19) 。

2 ，将根据每个任务的nice 值确定在cpu 上的执行时间(counter) 。

3 ，如果没有等待资源，则将该任务加入到就绪队列中。

4 ，调度程序遍历就绪队列中的任务，通过对每个任务动态优先级的计算(counter+20-nice) 结果，选择计算结果最大的一个去运行，当这个时间片用完后(counter 减至0) 或者主动放弃cpu 时，该任务将被放在就绪队列末尾( 时间片用完) 或等待队列( 因等待资源而放弃cpu) 中。

5 ，此时调度程序重复上面计算过程，转到第4 步。

6 ，当调度程序发现所有就绪任务计算所得的权值都为不大于0 时，重复第2 步。

所有任务都采用FIFO 时，

1 ，创建进程时指定采用FIFO ，并设置实时优先级rt_priority(1-99) 。

2, 如果没有等待资源，则将该任务加入到就绪队列中。

3 ，调度程序遍历就绪队列，根据实时优先级计算调度权值(1000+rt_priority), 选择权值最高的任务使用cpu ，该FIFO 任务将一直占有cpu 直到有优先级更高的任务就绪( 即使优先级相同也不行) 或者主动放弃( 等待资源) 。

4 ，调度程序发现有优先级更高的任务到达( 高优先级任务可能被中断或定时器任务唤醒，再或被当前运行的任务唤醒，等等) ，则调度程序立即在当前任务堆栈中保存当前cpu 寄存器的所有数据，重新从高优先级任务的堆栈中加载寄存器数据到cpu ，此时高优先级的任务开始运行。重复第3 步。

5 ，如果当前任务因等待资源而主动放弃cpu 使用权，则该任务将从就绪队列中删除，加入等待队列，此时重复第3 步。

所有任务都采用RR 调度策略时

1 ，创建任务时指定调度参数为RR ，并设置任务的实时优先级和nice 值(nice 值将会转换为该任务的时间片的长度) 。

2 ，如果没有等待资源，则将该任务加入到就绪队列中。

3 ，调度程序遍历就绪队列，根据实时优先级计算调度权值(1000+rt_priority), 选择权值最高的任务使用cpu 。

4 ，如果就绪队列中的RR 任务时间片为0 ，则会根据nice 值设置该任务的时间片，同时将该任务放入就绪队列的末尾。重复步骤3 。

5 ，当前任务由于等待资源而主动退出cpu ，则其加入等待队列中。重复步骤3 。

系统中既有分时调度，又有时间片轮转调度和先进先出调度

1 ，RR 调度和FIFO 调度的进程属于实时进程，以分时调度的进程是非实时进程。

2 ，当实时进程准备就绪后，如果当前cpu 正在运行非实时进程，则实时进程立即抢占非实时进程。

3 ，RR 进程和FIFO 进程都采用实时优先级做为调度的权值标准，RR 是FIFO 的一个延伸。FIFO 时，如果两个进程的优先级一样，则这两个优先级一样的进程具体执行哪一个是由其在队列中的位置决定的，这样导致一些不公正性( 优先级是一样的，为什么要让你一直运行?), 如果将两个优先级一样的任务的调度策略都设为RR, 则保证了这两个任务可以循环执行，保证了公平。

2.6 Linux 有3 个scheduling policy
#define SCHED_OTHER 0
#define SCHED_FIFO 1
#define SCHED_RR 2
第一个是普通进程的，后两个是实时进程的
一般的进程都是普通进程，系统中出现实时进程的机会很少

2.6 Linux 有140 个优先级
后40 个和nice value 一一对应，属于SCHED_OTHER
前100 个属于SCHED_FIFO ， SCHED_RR
FIFO,RR 这两个的区别学过OS 应该都知道吧
一个是先进先出，一个是round robin

因为SCHED_FIFO ， SCHED_RR 优先级高于所有SCHED_OTHER 的进程
所以只要他们能够运行，在他们运行完之前，所有SCHED_OTHER 的进程的都没有得到执行的机会

可以以root 身份试一下这个小程序，普通用户无法调用sched_setscheduler 系统调用
不过做好准备，一但运行起来之后，要结束就只有按机箱上的reset

代码:

#include<sched.h>

#include<unistd.h>

int main(){

struct sched_param sp;

sp.sched_priority = 99;

sched_setscheduler(0, SCHED_RR, &sp);

printf("%d/n", sched_getscheduler(0));

for(;;);

return 0;

}

linux 任务调度学习收藏

调度单位

进程描述，位于运行栈底部，可通过偏移定位

thread_info {

task_struct *task; // 基本调度单位( 下面展开)

flags //TIF_NEED_RESCHED 表明需要调度

cpu //CPU 号

。。。

}

任务调度的基本单位

task_struct {

state // 状态, TASK_RUNNING, ZOMBIE 或其他

*thread_info

prio 动态优先级

static_prio 静态优先级

sleep_avg 平均睡眠时间

policy 调度算法,NORMAL, RR, FIFO

time_slice 剩余的时间片

rt_priority 实时优先级

... ...

}

运行队列( 调度控制结构)

runqueue {

task_struct *curr 正在运行的任务

prio_array *active 活动的优先队列

prio_array *expired 过期的优先队列

prio_array arrays[2] 实际优先队列

...

}

优先队列（O(1) 调度算法的结构）

prio_array {

nr_active 队列中的任务数

bitmap[BITMAP_SIZE]

// 优先位图, 用1 表示对应优先级有进程需要调度，0 表示没有。通过位查找，快速找到优先级最高的任务。

list_head queue[MAX_PRIO] 优先队列

}

优先级

linux 把进程分为实时调度与一般调度。实时调度优先级为0~99, 只用FCFS 或RR 来调度。非实时的一般进程优先级为100~139 ，即其计算公式为100 （最高实时优先级）+20+nice 。其中nice 值为 -20~19, 由进程创建时指定。动态优先级根据进程的交互性来动态计算优先级，一般以nice 为基数，加上-5~+5 的交互性奖罚。通过计算sleep_avg 来评估进程的交互性，如果sleep_avg 比较多，即该进程为IO 消耗型，可把其优先级降低( 不需占用太多CPU) ，反之亦然。

时间片

进程的可用时间片是按照计算出来的优先级按比例分配。数值为5~800ms, 默认值为100ms.

可调度标志

内核提供了一个need_resched 标志来表明是否需要重新执行一个调度。当某个进程耗尽它的时间片时，scheduler_tick() 就会设置这个标志；当一个优先级高的进程进入可执行状态的时候，try_to_wake_up() 也会设置这个标志。在返回用户空间以及从中断返回的时候，内核也会检查need_resched 标志。如果已被设置，内核会在继续执行之前调用调度程序

调度算法

核心由schedule() 函数和scheduler_tick() 函数实现。schedule 函数从优先级数组prio_array 中选取优先级最高的进程 --> 获取进程的thread_info --> 实施context switch 切换到新的进程运行。而scheduler_tick() 主要是更新时间片，时钟中断程序会自动调用scheduler_tick 。 scheduler_tick 判断当前进程

若为实时进程，且时间片耗尽，重新计算时间片，并重新插入活跃队列的尾部。

若为普通进程，且时间片耗尽，重新计算时间片，移入过期队列。

当活跃优先级队列中已没有剩余的被调度进程，活跃优先级队列与过期优先级队列的指针进行交换，进入新一轮的调度。2.6 版本内核每次时间片用完就重新计算时间片，大大提升了调度效率。

何时调度？（何时被调用schedule() ）

1. 直接主动调用

2. 活动进程进入睡眠

3. 设置need_resched. 当从内核态返回用户态时检测这个位，如果为1 ，则调度schedule().

以下三种情况会设置need_schedule

a. 时钟中断服务程序中，用完自己的时间片

b. 当唤醒一个睡眠进程时，该进程有更高优先级

c. 一个进程改变了调度策略，优先级等。

何时抢占？

用户抢占

1. 当从系统调用返回到用户态

2. 从中断程序返回到用户态。

内核抢占

2.6 版本的内核是可以抢占的。

1. 从中断返回内核时，若内核不拥有锁，则可被抢占。若拥有锁，则不可抢占。这是内核通过preempt_count 变量来判断的。

2. 内核阻塞，导致调用schedule()

参考

linux kernel 2.6 进程调度分析

http://blog.163.com/steven_zyz/blog/static/1178243820071144412485/

<Linux Kernel Development 第2 版> Robert Love

挖掘更多潜能

2.6 版本调度器的源代码都很好地封装到了 /usr/src/linux/kernel/sched.c 文件中。我们在表 1 中对在这个文件中可以找到的一些有用的函数进行了总结。

表 1. Linux 2.6 调度器的功能函数名函数说明

schedule 调度器主函数。调度优先级最高的任务执行。

load_balance 检查 CPU ，查看是否存在不均衡的情况，如果不均衡，就试图迁移任务。

effective_prio 返回任务的有效优先级（基于静态策略，但是可以包含任何奖励和惩罚）。

recalc_task_prio 根据任务的空闲时间确定对任务的奖励或惩罚。

source_load 适当地计算源 CPU （任务从中迁移出的 CPU ）的负载。

target_load 公平地计算目标 CPU （任务可能迁移到的 CPU ）的负载。

migration_thread 在 CPU 之间迁移任务的高优先级的系统线程。

运行队列的结构也可以在 /usr/src/linux/kernel/sched.c 文件中找到。2.6 版本的调度器还可以提供一些统计信息（如果启用了 CONFIG_SCHEDSTATS ）。这些统计信息可以从 /proc 文件系统中的 /proc/schedstat 看到，它为系统中的每个 CPU 都提供了很多数据，包括负载均衡和进程迁移的统计信息。