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分类: LINUX

2016-01-13 11:42:42

原文地址:http://blog.csdn.net/songjinshi/article/details/23262923
作者如有异议,无条件删除.

Linux在众多进程中是怎么进行调度的,这个牵涉到Linux进程调度时机的概念,由Linux内核中Schedule()的函数来决定是否要进行进程的切换,如果要切换的话,切换到哪个进程等等。

Linux进程调度时机主要有

1、进程状态转换的时刻:进程终止、进程睡眠;

2、当前进程的时间片用完时(current->counter=0);

3、设备驱动程序

4、进程从中断、异常及系统调用返回到用户态时;

时机1,进程要调用sleep()或exit()等函数进行状态转换,这些函数会主动调用调度程序进行进程调度;

时机2,由于进程的时间片是由时钟中断来更新的,因此,这种情况和时机4是一样的。

时机3,当设备驱动程序执行长而重复的任务时,直接调用调度程序。在每次反复循环中,驱动程序都检查need_resched的值,如果必要,则调用调度程序schedule()主动放弃CPU。

时 机4,如前所述,不管是从中断、异常还是系统调用返回,最终都调用ret_from_sys_call(),由这个函数进行调度标志的检测,如果必要,则 调用调用调度程序。那么,为什么从系统调用返回时要调用调度程序呢?这当然是从效率考虑。从系统调用返回意味着要离开内核态而返回到用户态,而状态的转换 要花费一定的时间,因此,在返回到用户态前,系统把在内核态该处理的事全部做完。

对 于直接执行调度程序的时机,我们不讨论,因为后面我们将会描述调度程序的工作过程。前面我们讨论了时钟中断,知道了时钟中断的重要作用,下面我们就简单看 一下每个时钟中断发生时内核要做的工作,首先对这个最频繁的调度时机有一个大体了解,然后再详细讨论调度程序的具体工作过程。

每个时钟中断(timer interrupt)发生时,由三个函数协同工作,共同完成进程的选择和切换,它们是:schedule()、do_timer()及ret_form_sys_call()。我们先来解释一下这三个函数:

schedule():进程调度函数,由它来完成进程的选择(调度);

do_timer():暂且称之为时钟函数,该函数在时钟中断服务程序中被调用,是时钟中断服务程序的主要组成部分,该函数被调用的频率就是时钟中断的频率即每秒钟100次(简称100赫兹或100Hz);

ret_from_sys_call():系统调用返回函数。当一个系统调用或中断完成时,该函数被调用,用于处理一些收尾工作,例如信号处理、核心任务等等。

这三个函数是如何协调工作的呢?

前面我们看到,时钟中断是一个中断服务程序,它的主要组成部分就是时钟函数do_timer(),由这个函数完成系统时间的更新、进程时间片的更新等工作,更新后的进程时间片counter作为调度的主要依据。

在时钟中断返回时,要调用函数ret_from_sys_call(),前面我们已经讨论过这个函数,在这个函数中有如下几行:

cmpl $0, _need_resched

jne reschedule

……

restore_all:

RESTORE_ALL


reschedule:

call SYMBOL_NAME(schedule)

jmp ret_from_sys_call


这 几行的意思很明显:检测 need_resched 标志,如果此标志为非0,那么就转到reschedule处调用调度程序schedule()进行进程的选择。调度程序schedule()会根据具体的 标准在运行队列中选择下一个应该运行的进程。当从调度程序返回时,如果发现又有调度标志被设置,则又调用调度程序,直到调度标志为0,这时,从调度程序返 回时由RESTORE_ALL恢复被选定进程的环境,返回到被选定进程的用户空间,使之得到运行。

以上就是时钟中断这个最频繁的调度时机。讨论这个的主要目的使读者对时机4有个大致的了解。

另外,TIF_NEED_RESCHED的设置时机 :

   设置这个标志的函数主要有两个: resched_task(),set_tsk_need_resched().主要是resched_task,而resched_task的调用者 check_preempt_curr更是通过:try_to_wake_up/wake_up_new_task/pull_task /__migrate_task 这些被广泛使用的函数, 从而分布在内核中大量的检查点有机会抢占进程.


最 后要说明的是,系统调用返回函数ret_from_sys_call()是从系统调用、异常及中断返回函数通常要调用的函数,但并不是非得调用,对于那些 要经常被响应的和要被尽快处理的中断请求信号,为了减少系统开销,处理完成后并不调用 ret_from_sys_call()(因为很显然的,从这些中断处理程序返回到的用户空间肯定是那个被中断的进程,无需重新选择),并且,它们作的工 作要尽可能少,因为响应的频率太高了。

Linux进程调度和其 他的UNIX进程调度不同,尤其是在“nice level”优先级的处理上,与优先权调度(priority高的进程最先运行)不同,Linux用的是时间片轮转调度(Round Robing),但同时又保证了高优先级的进程运行的既快、时间又长(both sooner and longer)。而标准的UNIX调度程序都用到了多级进程队列。大多数的实现都用到了二级优先队列:一个标准队列和一个实时(“real time”)队列。一般情况下,如果实时队列中的进程未被阻塞,它们都要在标准队列中的进程之前被执行,并且,每个队列中,“nice level”高的进程先被执行。

总体上,Linux 调度序程在交互性方面表现很出色,当然了,这是以牺牲一部分“吞吐量”为代价的。
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