Linux内核(三)进程调度

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数据结构：
每个处理器维护一个运行队列，主要字段如图所示。
每个运行队列有两个优先级队列，一个活跃的(时间片未完)，另一个是过期的(时间片已完)。每个队列都有一个位图，用于快速寻找到当前队列中的最高优先级。
 
Schedule()函数执行步骤如下：
(1)在活动优先级队列的位图数组中找到当前最高优先级；
(2)按照这个优先级数值查找优先级数组，然后在挂在该位置的进程队列(具有相同优先级)上面取下第一个；
(3)如果不是当前正在运行的进程，则做任务切换(调用context_switch()函数)。
 
何时调用schedule()函数？
（1）当前进程休眠(阻塞)（主动）：将自己标记为休眠状态，把自己从可执行队列移除放入等待队列，然后调用schedule()函数；
（2）当前进程结束（主动）：执行do_exit()函数的最后一个步骤，就是调用schedule()函数；
（3）被抢占（被动）：这是最为复杂的部分，主要靠一个“全局标志”need_resched完成。

两种情况下这个标志会被设置：
（I）当某个进程时间片耗尽时scheduler_tick()函数设置；
（II）当一个高优先级任务进入就绪态时try_to_wake_up()函数设置；

标志虽然设置了，但是没有真正启动调度器，什么时候启动呢？
（I）用户抢占：
1 执行系统调用(利用中断实现)返回用户空间时检查need_resched标志，如果被设置了就启用调度器：
2 执行中断处理程序返回用户空间时检查need_resched标志，如果被设置了就启用调度器；
（II）内核抢占：
注：增加一个标志preempt_count表示当前运行任务(current)所持有锁的数量。
1 中断处理程序返回内核空间时检查如果need_resched标志被设置，并且preempt_count标志值为0，则启用调度器；
2 当前进程执行释放锁的代码会检查preempt_count值若为0(没有持有锁了)并且设置了need_resched标志，则启用调度器；
3 内核显示调用schedule()函数；
注：可以使用preempt_disable()/preempt_enable()函数对禁止和允许内核抢占。
 
Linux进程调度策略：
多任务，抢占式。
基于优先级调度，时间片轮转。
动态优先级，动态时间片。
或者说：
优先级高的先运行，低的后运行，相同优先级的按轮转方式调度。
调度程序总是选择时间片未用尽且优先级最高的进程运行
!!!
 
 
动态优先级如何计算？
每个任务两个优先级：
(1)一个静态优先级。作为初始优先级+作为计算动态优先级基础；
(2)一个动态优先级。其值
= 静态优先级+交互性强度(基于任务休眠时间来计算)；
因为我们需要动态提高交互性强的I/O消耗型任务的优先级，I/O消耗型任务执行频率高，执行时间短，休眠时间长，交互性强度高，所以导致动态优先级高。
 
动态时间片如何计算？
优先级越高，时间片越长，nice值(优先级数值)越小，执行频率越高！！！
(比如I/O消耗型)
可见优先级和时间片长度成正比！！！
所以只需要将优先级按一定比例缩放，符合时间片数值范围，就是时间片值了。
 
如何保证交互性强的任务(如I/O消耗性)执行频率高？
在schedler_tick()函数中：
(1) 当前任务时间片减一操作；
(2)若减为零，判断如果不是交互性强的任务或者过期数组中存在“饥饿进程”，则将当前任务加入过期数组；
否则加入活跃数组(这样就保证了执行频率高些)。
也就是说每个时钟周期会检查一次，将交互性强的任务再放回到活跃数组，让其尽快有机会再次得到执行。