0
  • 聊天消息
  • 系统消息
  • 评论与回复
登录后你可以
  • 下载海量资料
  • 学习在线课程
  • 观看威廉希尔官方网站 视频
  • 写文章/发帖/加入社区
会员中心
创作中心

完善资料让更多小伙伴认识你,还能领取20积分哦,立即完善>

3天内不再提示

Linux进程调度时机概念分析

汽车玩家 来源:今日头条 作者:余生做酒长醉不忧 2020-01-23 17:14 次阅读

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。

Linux schedule框架(调度的时刻)

Linux进程调度时机概念分析

1.1、中心是rq(runqueue)

rq其实是runnable queue,即本cpu上所有可运行进程的队列集合。每个cpu每种类型的rq(cfs/rt)只有一个,一个rq包含多个runnable的task,但是rq当前正在运行的进程(current running task)只有一个。

既然rq是中心,那么以下几点就是关键路径:

1、什么时候task入rq?

2、什么时候task出rq?

3、rq怎么样从多个可运行的进程(runnable tasks)中选取一个进程作为当前的运行进程(current running task)?

我们下面就逐一解答这些疑问,理解了这些关键路径,你就对linux的进程调度框架有了一个清晰的认识。

1.2、入rq(enqueue)

只有task新创建/或者task从blocked状态被唤醒(wakeup),task才会被压入rq。涉及到进程调度相关的步骤如下:

1、把task压入rq(enqueue),且把task->state设置为TASK_RUNNING;

2、判断压入新task以后rq的负载情况,当前task需不需要被调度出去,如果需要把当前task的thread_info->flags其中TIF_NEED_RESCHED bit置位。

重点在这里:如果当前进程需要重新调度的条件成立,这里只是会设置TIF_NEED_RESCHED标志,并不会马上调用schedule()来进行调度。真正的调度时机发生在从中断/异常返回时,会判断当前进程有没有被设置TIF_NEED_RESCHED,如果设置则调用schedule()来进行调度。

为什么唤醒涉及到调度不会马上执行?而是只设置一个TIF_NEED_RESCHED,等到中断/异常返回的时候才执行?

我理解有几点:(1)唤醒操作经常在中断上下文中执行,在这个环境中直接调用schedule()进行调度是不行的;(2)为了维护非抢占内核以来的一些传统,不要轻易中断进程的处理逻辑除非他主动放弃;(3)在普通上下文中,唤醒后接着调用schedule()也是可以的,我们看到一些特殊函数就是这么干的(调用smp_send_reschedule()、resched_curr()的函数)。

3、等待中断/异常的发生、返回,在返回时判读有TIF_NEED_RESCHED,则调用schedule()进行调度;

1.3、出rq(dequeue)

在当前进程调用系统函数进入blocked状态是,task会出rq(dequeue)。具体的步骤如下:

1、当前进程把task->state设置为TASK_INTERRUPTIBLE/TASK_UNINTERRUPTIBLE;

2、立即调用schedule()进行调度;

这里block是和wakeup、scheduler_tick最大的不同,block是马上调用schedule()进行调度,而wakeup、scheduler_tick是设置TIF_NEED_RESCHED标志,等待中断/异常返回时才执行真正的schedule()操作;

3、调用schedule()后,判断当前进程task->state已经非TASK_RUNNING,则进行dequeue操作,并且调度其他进程到rq->curr。

1.4、定时调度rq(scheduler_tick)

前面说了在rq的enqueue、dequeue时刻会计算rq负载,来决定把哪个runnable task放到current running task。除了enqueue/dequeue时候,系统还会周期性的计算rq负载来进行调度,确保多进程在1个cpu上都能得到服务。具体的步骤如下:

1、每1 tick,local timer产生一次中断。中断中调用scheduler_tick(),计算rq的负载重新调度;

2、如果当前进程需要被调度,则设置TIF_NEED_RESCHED标志;

3、在local timer中断返回的时候,时判读有TIF_NEED_RESCHED,则调用schedule()进行调度;

1.5、中断/异常返回(Interrupt/Exception)

在前面几节中有一个重要的概念,wakeup、scheduler_tick操作后,如果需要调度只会设置TIF_NEED_RESCHED,在中断/异常返回时才执行真正的调度schedule()操作;

声明:本文内容及配图由入驻作者撰写或者入驻合作网站授权转载。文章观点仅代表作者本人,不代表电子发烧友网立场。文章及其配图仅供工程师学习之用,如有内容侵权或者其他违规问题,请联系本站处理。 举报投诉
  • Linux
    +关注

    关注

    87

    文章

    11296

    浏览量

    209358
  • 进程
    +关注

    关注

    0

    文章

    203

    浏览量

    13960
收藏 人收藏

    评论

    相关推荐

    Linux内核进程管理与调度:策略优化与实践分析

    今天给大家上点硬货,关于Linux进程管理和调度是学习和理解Linux的必学知识。为协调多个进程 "同时" 运行,现代操作系统通常使用
    发表于 05-08 09:42 1131次阅读
    <b class='flag-5'>Linux</b>内核<b class='flag-5'>进程</b>管理与<b class='flag-5'>调度</b>:策略优化与实践<b class='flag-5'>分析</b>

    深入探讨Linux进程调度

    Linux操作系统作为一个开源且广泛应用的操作系统,其内核设计包含了许多核心功能,而进程调度器(Scheduler)就是其中一个至关重要的模块。进程
    的头像 发表于 08-13 13:36 940次阅读
    深入探讨<b class='flag-5'>Linux</b>的<b class='flag-5'>进程</b><b class='flag-5'>调度</b>器

    Linux内核抢占和用户抢占的概念和区别

    本文详解了Linux内核抢占实现机制。首先介绍了内核抢占和用户抢占的概念和区别,接着分析了不可抢占内核的特点及实时系统中实现内核抢占的必要性。然后分析了禁止内核抢占的情况和内核抢占的
    发表于 08-05 08:18

    干货分享:基于嵌入式Linux进程调度实现方法

    调度策略,实现了高效、灵活的进程调度。 2.Linux 进程调度
    发表于 12-10 14:17

    Linux进程、线程以及调度

    报名:《Linux进程、线程以及调度》4节系列微课(522-25)
    发表于 05-15 14:44

    Linux进程管理

    Linux进程管理 本章主要介绍进程概念、状态、构成以及Linux进程的相关知识。 掌握
    发表于 04-28 14:57 0次下载

    linux处理机调度与死锁

    linux处理机调度与死锁 掌握处理机的三级调度 掌握作业调度进程调度
    发表于 04-28 14:59 0次下载

    Linux 2.6进程调度

    分析了与Linux 2.6 进程调度密切相关的一些重要数据结构,详细描述了进程调度
    发表于 06-13 10:13 11次下载

    Linux进程调度的原理解析

    进程调度依据 调度程序运行时,要在所有可运行状态的进程中选择最值得运行的进程投入运行。选择进程
    发表于 11-02 11:01 1次下载

    uClinux进程调度器的实现分析

    分享到:标签:uClinux 调度策略 进程调度器 摘要:针对操作系统中进程调度机制,依次对其调度
    发表于 11-06 14:30 0次下载

    Linux 进程调度浅析

    都比较低,但是linux作为一个通用操作系统,不能假设系统负载低,必须为应付高负载下的进程调度做精心的设计。当然,这些设计对于低负载(且没有什么实时性要求)的环境,没多大用。极端情况下,如果CPU
    发表于 04-02 14:40 345次阅读

    嵌入式Linux实时进程调度算法改进

    ,具有实时性的同时又具有嵌入 式系统的特点。2 实时进程调度算法分析2.1 Linux进程调度
    发表于 04-02 14:43 425次阅读

    linux进程调度浅析

    桌面系统、网络服务器、等)负载都比较低,但是linux作为一个通用操作系统,不能假设系统负载低,必须为应付高负载下的进程调度做精心的设计。当然,这些设计对于低负载(且没有什么实时性要求)的环境,没多大
    发表于 04-02 14:45 342次阅读

    Linux进程概念说明

    进程Linux 操作系统中最重要的基本概念之一,这一节我们将了解学习 Linux 进程的一些基础知识。
    发表于 07-14 14:27 769次阅读

    带大家看看Linux内核如何调度进程

    部分,打开调度器的黑匣子,来看看Linux内核如何调度进程的。实际上,进程调度器主要做两件事:选
    的头像 发表于 07-26 15:14 2010次阅读