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引言
之前的文章已经介绍了调度器已经初始化完成,现在只需要加入一个周期定时器tick驱动它进行周期调度即可,而加入定时器tick在下一篇文章进行简单说明(主要这部分涉及调度器比较少,更多的是时钟、定时器相关知识)。这篇文章主要说明系统如何把一个进程加入到队列中。
加入时机
之前的文章也有提到过,只有处于TASK_RUNNING状态下的进程才能够加入到调度器,其他状态都不行,也就说明了,当一个进程处于睡眠、挂起状态的时候是不存在于调度器中的,而进程加入调度器的时机如下:
-
当进程创建完成时,进程刚创建完成时,即使它运行起来立即调用sleep()进程睡眠,它也必定先会加入到调度器,因为实际上它加入调度器后自己还需要进行一定的初始化和操作,才会调用到我们的“立即”sleep()。
-
当进程被唤醒时,也使用sleep的例子说明,我们平常写程序使用的sleep()函数实现原理就是通过系统调用将进程状态改为TASK_INTERRUPTIBLE,然后移出运行队列,并且启动一个定时器,在定时器到期后唤醒进程,再重新放入运行队列。
sched_fork
在我的博文关于linux系统如何实现fork的研究(二)中专门描述了copy_process()这个创建函数,而里面有一个函数专门用于进程调度的初始化,就是sched_fork(),其代码如下
-
int sched_fork(unsigned long clone_flags, struct task_struct *p)
-
{
-
unsigned long flags;
-
/* 获取当前CPU,并且禁止抢占 */
-
int cpu = get_cpu();
-
-
/* 初始化跟调度相关的值,比如调度实体,运行时间等 */
-
__sched_fork(clone_flags, p);
-
/*
-
* 标记为运行状态,表明此进程正在运行或准备好运行,实际上没有真正在CPU上运行,这里只是导致了外部信号和事件不能够唤醒此进程,之后将它插入到运行队列中
-
*/
-
p->state = TASK_RUNNING;
-
-
/*
-
* 根据父进程的运行优先级设置设置进程的优先级
-
*/
-
p->prio = current->normal_prio;
-
-
/*
-
* 更新该进程优先级
-
*/
-
/* 如果需要重新设置优先级 */
-
if (unlikely(p->sched_reset_on_fork)) {
-
/* 如果是dl调度或者实时调度 */
-
if (task_has_dl_policy(p) || task_has_rt_policy(p)) {
-
/* 调度策略为SCHED_NORMAL,这个选项将使用CFS调度 */
-
p->policy = SCHED_NORMAL;
-
/* 根据默认nice值设置静态优先级 */
-
p->static_prio = NICE_TO_PRIO(0);
-
/* 实时优先级为0 */
-
p->rt_priority = 0;
-
} else if (PRIO_TO_NICE(p->static_prio) < 0)
-
/* 根据默认nice值设置静态优先级 */
-
p->static_prio = NICE_TO_PRIO(0);
-
-
/* p->prio = p->normal_prio = p->static_prio */
-
p->prio = p->normal_prio = __normal_prio(p);
-
/* 设置进程权重 */
-
set_load_weight(p);
-
-
/* sched_reset_on_fork成员在之后已经不需要使用了,直接设为0 */
-
p->sched_reset_on_fork = 0;
-
}
-
-
if (dl_prio(p->prio)) {
-
/* 使能抢占 */
-
put_cpu();
-
/* 返回错误 */
-
return -EAGAIN;
-
} else if (rt_prio(p->prio)) {
-
/* 根据优先级判断,如果是实时进程,设置其调度类为rt_sched_class */
-
p->sched_class = &rt_sched_class;
-
} else {
-
/* 如果是普通进程,设置其调度类为fair_sched_class */
-
p->sched_class = &fair_sched_class;
-
}
-
/* 调用调用类的task_fork函数 */
-
if (p->sched_class->task_fork)
-
p->sched_class->task_fork(p);
-
-
/*
-
* The child is not yet in the pid-hash so no cgroup attach races,
-
* and the cgroup is pinned to this child due to cgroup_fork()
-
* is ran before sched_fork().
-
*
-
* Silence PROVE_RCU.
-
*/
-
raw_spin_lock_irqsave(&p->pi_lock, flags);
-
/* 设置新进程的CPU为当前CPU */
-
set_task_cpu(p, cpu);
-
raw_spin_unlock_irqrestore(&p->pi_lock, flags);
-
-
#if defined(CONFIG_SCHEDSTATS) || defined(CONFIG_TASK_DELAY_ACCT)
-
if (likely(sched_info_on()))
-
memset(&p->sched_info, 0, sizeof(p->sched_info));
-
#endif
-
#if defined(CONFIG_SMP)
-
p->on_cpu = 0;
-
#endif
-
/* task_thread_info(p)->preempt_count = PREEMPT_DISABLED; */
-
/* 初始化该进程为内核禁止抢占 */
-
init_task_preempt_count(p);
-
#ifdef CONFIG_SMP
-
plist_node_init(&p->pushable_tasks, MAX_PRIO);
-
RB_CLEAR_NODE(&p->pushable_dl_tasks);
-
#endif
-
/* 使能抢占 */
-
put_cpu();
-
return 0;
-
}
在sched_fork()函数中,主要工作如下:
-
获取当前CPU号
-
禁止内核抢占(这里基本就是关闭了抢占,因为执行到这里已经是内核态,又禁止了被抢占)
-
初始化进程p的一些变量(实时进程和普通进程通用的那些变量)
-
设置进程p的状态为TASK_RUNNING(这一步很关键,因为只有处于TASK_RUNNING状态下的进程才会被调度器放入队列中)
-
根据父进程和clone_flags参数设置进程p的优先级和权重。
-
根据进程p的优先级设置其调度类(实时进程优先级:0~99 普通进程优先级:100~139)
-
根据调度类进行进程p类型相关的初始化(这里就实现了实时进程和普通进程独有的变量进行初始化)
-
设置进程p的当前CPU为此CPU。
-
初始化进程p禁止内核抢占(因为当CPU执行到进程p时,进程p还需要进行一些初始化)
-
使能内核抢占
可以看出sched_fork()进行的初始化也比较简单,需要注意的是不同类型的进程会使用不同的调度类,并且也会调用调度类中的初始化函数。在实时进程的调度类中是没有特定的task_fork()函数的,而普通进程使用cfs策略时会调用到task_fork_fair()函数,我们具体看看实现:
-
static void task_fork_fair(struct task_struct *p)
-
{
-
struct cfs_rq *cfs_rq;
-
-
/* 进程p的调度实体se */
-
struct sched_entity *se = &p->se, *curr;
-
-
/* 获取当前CPU */
-
int this_cpu = smp_processor_id();
-
-
/* 获取此CPU的运行队列 */
-
struct rq *rq = this_rq();
-
unsigned long flags;
-
-
/* 上锁并保存中断记录 */
-
raw_spin_lock_irqsave(&rq->lock, flags);
-
-
/* 更新rq运行时间 */
-
update_rq_clock(rq);
-
-
/* cfs_rq = current->se.cfs_rq; */
-
cfs_rq = task_cfs_rq(current);
-
-
/* 设置当前进程所在队列为父进程所在队列 */
-
curr = cfs_rq->curr;
-
-
/*
-
* Not only the cpu but also the task_group of the parent might have
-
* been changed after parent->se.parent,cfs_rq were copied to
-
* child->se.parent,cfs_rq. So call __set_task_cpu() to make those
-
* of child point to valid ones.
-
*/
-
rcu_read_lock();
-
/* 设置此进程所属CPU */
-
__set_task_cpu(p, this_cpu);
-
rcu_read_unlock();
-
-
/* 更新当前进程运行时间 */
-
update_curr(cfs_rq);
-
-
if (curr)
-
/* 将父进程的虚拟运行时间赋给了新进程的虚拟运行时间 */
-
se->vruntime = curr->vruntime;
-
/* 调整了se的虚拟运行时间 */
-
place_entity(cfs_rq, se, 1);
-
-
if (sysctl_sched_child_runs_first && curr && entity_before(curr, se)) {
-
/*
-
* Upon rescheduling, sched_class::put_prev_task() will place
-
* 'current' within the tree based on its new key value.
-
*/
-
swap(curr->vruntime, se->vruntime);
-
resched_curr(rq);
-
}
-
-
/* 保证了进程p的vruntime是运行队列中最小的(这里占时不确定是不是这个用法,不过确实是最小的了) */
-
se->vruntime -= cfs_rq->min_vruntime;
-
-
/* 解锁,还原中断记录 */
-
raw_spin_unlock_irqrestore(&rq->lock, flags);
-
}
在task_fork_fair()函数中主要就是设置进程p的虚拟运行时间和所处的cfs队列,值得我们注意的是 cfs_rq = task_cfs_rq(current); 这一行,在注释中已经表明task_cfs_rq(current)返回的是current的se.cfs_rq,注意se.cfs_rq保存的并不是根cfs队列,而是所处的cfs_rq,也就是如果父进程处于一个进程组的cfs_rq中,新创建的进程也会处于这个进程组的cfs_rq中。
wake_up_new_task()
到这里新进程关于调度的初始化已经完成,但是还没有被调度器加入到队列中,其是在do_fork()中的wake_up_new_task(p);中加入到队列中的,我们具体看看wake_up_new_task()的实现:
-
void wake_up_new_task(struct task_struct *p)
-
{
-
unsigned long flags;
-
struct rq *rq;
-
-
raw_spin_lock_irqsave(&p->pi_lock, flags);
-
#ifdef CONFIG_SMP
-
/*
-
* Fork balancing, do it here and not earlier because:
-
* - cpus_allowed can change in the fork path
-
* - any previously selected cpu might disappear through hotplug
-
*/
-
/* 为进程选择一个合适的CPU */
-
set_task_cpu(p, select_task_rq(p, task_cpu(p), SD_BALANCE_FORK, 0));
-
#endif
-
-
/* Initialize new task's runnable average */
-
/* 这里是跟多核负载均衡有关 */
-
init_task_runnable_average(p);
-
/* 上锁 */
-
rq = __task_rq_lock(p);
-
/* 将进程加入到CPU的运行队列 */
-
activate_task(rq, p, 0);
-
/* 标记进程p处于队列中 */
-
p->on_rq = TASK_ON_RQ_QUEUED;
-
/* 跟调试有关 */
-
trace_sched_wakeup_new(p, true);
-
/* 检查是否需要切换当前进程 */
-
check_preempt_curr(rq, p, WF_FORK);
-
#ifdef CONFIG_SMP
-
if (p->sched_class->task_woken)
-
p->sched_class->task_woken(rq, p);
-
#endif
-
task_rq_unlock(rq, p, &flags);
-
}
在wake_up_new_task()函数中,将进程加入到运行队列的函数为activate_task(),而activate_task()函数最后会调用到新进程调度类中的enqueue_task指针所指函数,这里我们具体看一下cfs调度类的enqueue_task指针所指函数enqueue_task_fair():
-
static void
-
enqueue_task_fair(struct rq *rq, struct task_struct *p, int flags)
-
{
-
struct cfs_rq *cfs_rq;
-
struct sched_entity *se = &p->se;
-
-
/* 这里是一个迭代,我们知道,进程有可能是处于一个进程组中的,所以当这个处于进程组中的进程加入到该进程组的队列中时,要对此队列向上迭代 */
-
for_each_sched_entity(se) {
-
if (se->on_rq)
-
break;
-
/* 如果不是CONFIG_FAIR_GROUP_SCHED,获取其所在CPU的rq运行队列的cfs_rq运行队列
-
* 如果是CONFIG_FAIR_GROUP_SCHED,获取其所在的cfs_rq运行队列
-
*/
-
cfs_rq = cfs_rq_of(se);
-
/* 加入到队列中 */
-
enqueue_entity(cfs_rq, se, flags);
-
-
/*
-
* end evaluation on encountering a throttled cfs_rq
-
*
-
* note: in the case of encountering a throttled cfs_rq we will
-
* post the final h_nr_running increment below.
-
*/
-
if (cfs_rq_throttled(cfs_rq))
-
break;
-
cfs_rq->h_nr_running++;
-
-
flags = ENQUEUE_WAKEUP;
-
}
-
-
/* 只有se不处于队列中或者cfs_rq_throttled(cfs_rq)返回真才会运行这个循环 */
-
for_each_sched_entity(se) {
-
cfs_rq = cfs_rq_of(se);
-
cfs_rq->h_nr_running++;
-
-
if (cfs_rq_throttled(cfs_rq))
-
break;
-
-
update_cfs_shares(cfs_rq);
-
update_entity_load_avg(se, 1);
-
}
-
-
if (!se) {
-
update_rq_runnable_avg(rq, rq->nr_running);
-
/* 当前CPU运行队列活动进程数 + 1 */
-
add_nr_running(rq, 1);
-
}
-
/* 设置下次调度中断发生时间 */
-
hrtick_update(rq);
-
}
在enqueue_task_fair()函数中又使用了enqueue_entity()函数进行操作,如下:
-
static void
-
enqueue_entity(struct cfs_rq *cfs_rq, struct sched_entity *se, int flags)
-
{
-
/*
-
* Update the normalized vruntime before updating min_vruntime
-
* through calling update_curr().
-
*/
-
if (!(flags & ENQUEUE_WAKEUP) || (flags & ENQUEUE_WAKING))
-
se->vruntime += cfs_rq->min_vruntime;
-
-
/*
-
* Update run-time statistics of the 'current'.
-
*/
-
/* 更新当前进程运行时间和虚拟运行时间 */
-
update_curr(cfs_rq);
-
enqueue_entity_load_avg(cfs_rq, se, flags & ENQUEUE_WAKEUP);
-
/* 更新cfs_rq队列总权重(就是在原有基础上加上se的权重) */
-
account_entity_enqueue(cfs_rq, se);
-
update_cfs_shares(cfs_rq);
-
-
/* 新建的进程flags为0,不会执行这里 */
-
if (flags & ENQUEUE_WAKEUP) {
-
place_entity(cfs_rq, se, 0);
-
enqueue_sleeper(cfs_rq, se);
-
}
-
-
update_stats_enqueue(cfs_rq, se);
-
check_spread(cfs_rq, se);
-
-
/* 将se插入到运行队列cfs_rq的红黑树中 */
-
if (se != cfs_rq->curr)
-
__enqueue_entity(cfs_rq, se);
-
/* 将se的on_rq标记为1 */
-
se->on_rq = 1;
-
-
/* 如果cfs_rq的队列中只有一个进程,这里做处理 */
-
if (cfs_rq->nr_running == 1) {
-
list_add_leaf_cfs_rq(cfs_rq);
-
check_enqueue_throttle(cfs_rq);
-
}
-
}
总结
需要注意的几点:
-
新创建的进程先会进行调度相关的结构体和变量初始化,其中会根据不同的类型进行不同的调度类操作,此时并没有加入到队列中。
-
当新进程创建完毕后,它的父进程会将其运行状态置为TASK_RUNNING,并加入到运行队列中。
-
加入运行队列时系统会根据CPU的负载情况放入不同的CPU队列中。
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