Linux进程调度
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发布时间：2024-09-17 10:14
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时间：2024-09-28 05:57
一. Linux进程调度体系
进程是Linux系统的基本运行单位，线程则是最小的调度单位。操作系统负责管理这些资源，尤其聚焦于对CPU资源的高效分配与利用。
二、进程调度框架
就绪状态的进程等待被调度至CPU执行。为了管理这些进程，系统设计了运行队列，内核定义了per-CPU变量runqueues，用于存放所有就绪进程。每个CPU拥有独立的运行队列，并按调度类分为cfs_rq、rt_rq、dl_rq三个子队列。
三、进程唤醒与调度时机
进程通过fork等操作被唤醒，加入运行队列，等待调度。系统在fork过程中执行一系列操作，如select_task_rq选择运行队列，activate_task加入队列，check_preempt_curr判断是否需要抢占。
四、主动与被动调度
主动调度包括自愿性主动调度和非自愿性主动调度，自愿性调度通过调用sched_yield让出CPU，而非自愿性调度在进程运行中遇到无法继续执行的情况。被动调度则在特定条件下进行，如定时器中断、进程唤醒等，确保进程不会长时间独占CPU。
五、调度流程与算法
执行调度包括选择进程和切换进程两个步骤，执行调度的入口是__schedule函数。选择进程依据调度类和算法，而切换进程涉及用户空间和内核栈的切换。
六、调度算法与进程优先级
Linux提供多种调度类，包括禁令调度类、限时调度类、实时调度类、分时调度类与闲时调度类。每类具有特定的调度紧迫性和策略，如实时调度类采用SCHED_FIFO或SCHED_RR策略。
七、进程优先级与切换
实时与普通进程的优先级通过设置调度策略与静态优先级来管理，动态优先级则用于进程调度决策。进程切换包含用户空间与内核栈的切换，由switch_mm_irqs_off与switch_to完成。
八、基本分时调度
CFS完全公平调度是Linux用于分时调度的核心算法，它动态分配CPU时间，确保所有进程在任意时刻的运行时间大致相等。
九、CFS调度模型与优先级
CFS调度模型实现完全理想的多任务处理器功能，每个进程共享CPU时间的1/N。CFS运行队列包含所有分时进程，进程状态由TASK_RUNNING表示。
十、优先级与权重
优先级转化为进程的权重，影响CPU时间分配。通过weight和inv_weight字段实现高效运算。权重动态调整，以适应实时需求。
十一、调度周期与抢占
调度周期与粒度由系统动态计算，基于当前状态。定时器中断触发抢占，确保进程不会长时间独占CPU。唤醒粒度控制唤醒进程是否进行抢占。
十二、CFS抢占逻辑
定时器中断检查进程运行时间，超过理论运行时间或与队首进程时间差值满足条件时，触发抢占。唤醒进程时，根据优先级进行抢占决策。
通过上述内容，Linux的进程调度体系为确保系统资源高效分配与利用提供了坚实基础，动态平衡了进程需求与系统稳定性。
