日日操夜夜添-日日操影院-日日草夜夜操-日日干干-精品一区二区三区波多野结衣-精品一区二区三区高清免费不卡

在linux內(nèi)核中，調(diào)度器（scheduler）扮演著至關(guān)重要的角色，決定了哪個(gè)進(jìn)程將獲得CPU的執(zhí)行時(shí)間。本文將深入剖析內(nèi)核中調(diào)度器的代碼實(shí)現(xiàn)，從入口函數(shù)開(kāi)始，一步步分析如何選擇下一個(gè)要執(zhí)行的進(jìn)程。讓我們一同揭開(kāi)這個(gè)內(nèi)核之謎。

調(diào)度器入口

Linux調(diào)度器入口函數(shù)定義在kernel/sched/core.c中：

asmlinkage __visible void __sched schedule(void)
{
    // 獲取當(dāng)前任務(wù)結(jié)構(gòu)體的指針
    struct task_struct *tsk = current;

    // 將任務(wù)提交到調(diào)度工作隊(duì)列中
    sched_submit_work(tsk);

    // 進(jìn)入調(diào)度循環(huán)，直到?jīng)]有需要被調(diào)度的任務(wù)
    do {
        // 禁用搶占
        preempt_disable();
        // 調(diào)用實(shí)際的調(diào)度函數(shù) __schedule，并傳入調(diào)度策略參數(shù) SM_NONE
        __schedule(SM_NONE);
        // 啟用搶占，但不進(jìn)行重新調(diào)度
        sched_preempt_enable_no_resched();
    } while (need_resched()); // 循環(huán)直到?jīng)]有需要重新調(diào)度的任務(wù)

    // 更新工作隊(duì)列中的任務(wù)狀態(tài)
    sched_update_worker(tsk);
}
EXPORT_SYMBOL(schedule);

調(diào)度器的入口函數(shù)是schedule，首先獲取當(dāng)前任務(wù)結(jié)構(gòu)體的指針，然后將任務(wù)提交到調(diào)度工作隊(duì)列中，接著進(jìn)入一個(gè)循環(huán)，該循環(huán)會(huì)禁用搶占，調(diào)用實(shí)際的調(diào)度函數(shù)__schedule，并在循環(huán)結(jié)束后啟用搶占。循環(huán)會(huì)一直執(zhí)行，直到?jīng)]有需要重新調(diào)度的任務(wù)為止。最后，函數(shù)會(huì)更新工作隊(duì)列中任務(wù)的狀態(tài)。函數(shù)最后export導(dǎo)出schedule函數(shù)以供其他部分使用。

static void __sched __schedule(bool preempt)
{
    struct task_struct *prev, *next;
    unsigned long *switch_count;
    struct rq *rq;

    prev = current;
    rq = this_rq();
    switch_count = &prev->nivcsw;

    // 獲取下一個(gè)要運(yùn)行的進(jìn)程
    next = pick_next_task(rq);

    // 切換到下一個(gè)進(jìn)程
    context_switch(rq, prev, next, switch_count);

    // 如果需要搶占，啟用搶占
    if (preempt)
        need_resched();
}

} 這里，__schedule函數(shù)負(fù)責(zé)實(shí)際的調(diào)度操作。首先，它獲取了當(dāng)前任務(wù)結(jié)構(gòu)體的指針（prev）、運(yùn)行隊(duì)列（rq）以及切換計(jì)數(shù)器（switch_count）。然后，通過(guò)調(diào)用pick_next_task函數(shù)，它選擇下一個(gè)要運(yùn)行的進(jìn)程（next）。最后，通過(guò)context_switch函數(shù)，它進(jìn)行進(jìn)程切換，將CPU控制權(quán)移交給下一個(gè)進(jìn)程。

具體如何挑選下一個(gè)需要運(yùn)行的進(jìn)程，就要扒開(kāi)pick_next_task函數(shù)。

pick_next_task

/*
 * 選擇下一個(gè)要運(yùn)行的任務(wù)。
 */
static inline struct task_struct *
__pick_next_task(struct rq *rq, struct task_struct *prev, struct rq_flags *rf)
{
    const struct sched_class *class; // 定義調(diào)度類(lèi)指針
    struct task_struct *p; // 定義任務(wù)結(jié)構(gòu)體指針

    // 優(yōu)化：如果前一個(gè)任務(wù)是公平調(diào)度類(lèi)中的任務(wù)，且運(yùn)行隊(duì)列中的任務(wù)數(shù)與CFS隊(duì)列中的任務(wù)數(shù)相等，
    // 則可以直接選擇下一個(gè)公平類(lèi)任務(wù)，因?yàn)槠渌{(diào)度類(lèi)的任務(wù)無(wú)法搶占CPU。
    if (likely(!sched_class_above(prev->sched_class, &fAIr_sched_class) &&
               rq->nr_running == rq->cfs.h_nr_running)) {

        p = pick_next_task_fair(rq, prev, rf); // 選擇下一個(gè)公平調(diào)度類(lèi)任務(wù)
        if (unlikely(p == RETRY_TASK)) // 如果選擇任務(wù)失敗，需要重新嘗試
            goto restart;

        if (!p) {
            put_prev_task(rq, prev);
            p = pick_next_task_idle(rq); // 如果沒(méi)有可運(yùn)行任務(wù)，則選擇下一個(gè)空轉(zhuǎn)調(diào)度類(lèi)任務(wù)
        }

        return p;
    }

restart:
    put_prev_task_balance(rq, prev, rf); // 將前一個(gè)任務(wù)放回隊(duì)列，進(jìn)行重新平衡

    // 遍歷所有調(diào)度類(lèi)
    for_each_class(class) {
        p = class->pick_next_task(rq); // 選擇下一個(gè)任務(wù)
        if (p)
            return p;
    }

    BUG(); // 如果沒(méi)有可運(yùn)行任務(wù)，引發(fā)BUG?？辙D(zhuǎn)類(lèi)應(yīng)該始終有可運(yùn)行的任務(wù)。
}

這段代碼是用于選擇下一個(gè)要運(yùn)行的任務(wù)的函數(shù)。首先，它檢查是否可以?xún)?yōu)化選擇下一個(gè)任務(wù)，如果前一個(gè)任務(wù)是公平調(diào)度類(lèi)中的任務(wù)，并且運(yùn)行隊(duì)列中的任務(wù)數(shù)與CFS隊(duì)列中的任務(wù)數(shù)相等，就可以直接選擇下一個(gè)公平調(diào)度類(lèi)任務(wù)。如果選擇任務(wù)失敗，會(huì)重新嘗試，然后如果沒(méi)有可運(yùn)行任務(wù)，將選擇下一個(gè)空轉(zhuǎn)調(diào)度類(lèi)任務(wù)。如果不滿(mǎn)足優(yōu)化條件，將會(huì)重新平衡隊(duì)列，然后遍歷所有的調(diào)度類(lèi)，選擇下一個(gè)任務(wù)。如果沒(méi)有可運(yùn)行任務(wù)，將引發(fā)BUG，因?yàn)榭辙D(zhuǎn)類(lèi)應(yīng)該始終有可運(yùn)行的任務(wù)。

struct task_struct *
pick_next_task_fair(struct rq *rq, struct task_struct *prev, struct rq_flags *rf)
{
  struct cfs_rq *cfs_rq = &rq->cfs; // 獲取CFS隊(duì)列
  struct sched_entity *se; // 定義調(diào)度實(shí)體指針
  struct task_struct *p; // 定義任務(wù)結(jié)構(gòu)體指針
  int new_tasks;

again:
  // 如果沒(méi)有可運(yùn)行的公平調(diào)度任務(wù)，跳轉(zhuǎn)到idle標(biāo)簽
  if (!sched_fair_runnable(rq))
    goto idle;

#ifdef CONFIG_FAIR_GROUP_SCHED
  // 如果沒(méi)有前一個(gè)任務(wù)，或者前一個(gè)任務(wù)不屬于公平調(diào)度類(lèi)，跳轉(zhuǎn)到simple標(biāo)簽
  if (!prev || prev->sched_class != &fair_sched_class)
    goto simple;

  do {
    struct sched_entity *curr = cfs_rq->curr;

    // 如果當(dāng)前任務(wù)存在
    if (curr) {
      // 如果當(dāng)前任務(wù)在隊(duì)列上，則更新其運(yùn)行時(shí)間
      if (curr->on_rq)
        update_curr(cfs_rq);
      else
        curr = NULL;

      // 如果CFS隊(duì)列的運(yùn)行時(shí)間不正常，跳轉(zhuǎn)到idle標(biāo)簽
      if (unlikely(check_cfs_rq_runtime(cfs_rq))) {
        cfs_rq = &rq->cfs;

        // 如果沒(méi)有可運(yùn)行任務(wù)，跳轉(zhuǎn)到idle標(biāo)簽
        if (!cfs_rq->nr_running)
          goto idle;

        goto simple;
      }
    }

    // 選擇下一個(gè)調(diào)度實(shí)體，并切換到相應(yīng)的CFS隊(duì)列
    se = pick_next_entity(cfs_rq, curr);
    cfs_rq = group_cfs_rq(se);
  } while (cfs_rq);

  // 獲取與選定實(shí)體關(guān)聯(lián)的任務(wù)結(jié)構(gòu)體
  p = task_of(se);

  // 如果前一個(gè)任務(wù)不等于選定任務(wù)，進(jìn)行任務(wù)切換
  if (prev != p) {
    struct sched_entity *pse = &prev->se;

    while (!(cfs_rq = is_same_group(se, pse))) {
      int se_depth = se->depth;
      int pse_depth = pse->depth;

      if (se_depth <= pse_depth) {
        put_prev_entity(cfs_rq_of(pse), pse);
        pse = parent_entity(pse);
      }
      if (se_depth >= pse_depth) {
        set_next_entity(cfs_rq_of(se), se);
        se = parent_entity(se);
      }
    }

    put_prev_entity(cfs_rq, pse);
    set_next_entity(cfs_rq, se);
  }

  goto done;
simple:
#endif
  // 如果有前一個(gè)任務(wù)，將其放回隊(duì)列
  if (prev)
    put_prev_task(rq, prev);

  do {
    // 選擇下一個(gè)調(diào)度實(shí)體，并切換到相應(yīng)的CFS隊(duì)列
    se = pick_next_entity(cfs_rq, NULL);
    set_next_entity(cfs_rq, se);
    cfs_rq = group_cfs_rq(se);
  } while (cfs_rq);

  // 獲取與選定實(shí)體關(guān)聯(lián)的任務(wù)結(jié)構(gòu)體
  p = task_of(se);

done: __maybe_unused;

#ifdef CONFIG_SMP
  // 將下一個(gè)正在運(yùn)行的任務(wù)移動(dòng)到隊(duì)列的前面
  list_move(&p->se.group_node, &rq->cfs_tasks);
#endif

  // 如果啟用高精度定時(shí)器，開(kāi)始高精度定時(shí)
  if (hrtick_enabled_fair(rq))
    hrtick_start_fair(rq, p);

  // 更新不適合運(yùn)行的任務(wù)狀態(tài)
  update_misfit_status(p, rq);

  return p;

idle:
  // 如果沒(méi)有rf標(biāo)志，返回NULL
  if (!rf)
    return NULL;

  // 嘗試進(jìn)行新的空閑平衡操作
  new_tasks = newidle_balance(rq, rf);

  // 如果新的平衡操作失敗，返回RETRY_TASK標(biāo)志
  if (new_tasks < 0)
    return RETRY_TASK;

  // 如果有新的可運(yùn)行任務(wù)，回到again標(biāo)簽重新選擇
  if (new_tasks > 0)
    goto again;

  // 如果隊(duì)列即將變?yōu)榭臻e狀態(tài)，檢查是否需要更新時(shí)鐘pelt的lost_idle_time
  update_idle_rq_clock_pelt(rq);

  return NULL;
}

這個(gè)函數(shù)用于選擇下一個(gè)要在公平調(diào)度類(lèi)中運(yùn)行的任務(wù)。函數(shù)中包含了條件判斷和循環(huán)，以確保選擇最適合的任務(wù)。

/*
 * 選擇下一個(gè)調(diào)度實(shí)體，考慮以下因素，按照順序：
 * 1) 在進(jìn)程/任務(wù)組之間保持公平性
 * 2) 選擇“下一個(gè)”進(jìn)程，因?yàn)槟硞€(gè)進(jìn)程確實(shí)希望運(yùn)行
 * 3) 選擇“上一個(gè)”進(jìn)程，以提高緩存局部性
 * 4) 如果其他任務(wù)可用，則不運(yùn)行“跳過(guò)”的進(jìn)程
 */
static struct sched_entity *
pick_next_entity(struct cfs_rq *cfs_rq, struct sched_entity *curr)
{
  struct sched_entity *left = __pick_first_entity(cfs_rq);  // 獲取最左邊的實(shí)體
  struct sched_entity *se;

  /*
   * 如果 curr 被設(shè)置，我們必須查看它是否位于樹(shù)中最左邊的實(shí)體的左側(cè)，
   * 前提是樹(shù)中確實(shí)有實(shí)體存在。
   */
  if (!left || (curr && entity_before(curr, left)))
    left = curr;

  se = left; /* 理想情況下，我們運(yùn)行最左邊的實(shí)體 */

  /*
   * 避免運(yùn)行跳過(guò)的實(shí)體，如果可以不運(yùn)行其他實(shí)體而不會(huì)太不公平。
   */
  if (cfs_rq->skip && cfs_rq->skip == se) {
    struct sched_entity *second;

    if (se == curr) {
      second = __pick_first_entity(cfs_rq);  // 獲取最左邊的實(shí)體
    } else {
      second = __pick_next_entity(se);  // 獲取下一個(gè)實(shí)體
      if (!second || (curr && entity_before(curr, second)))
        second = curr;
    }

    if (second && wakeup_preempt_entity(second, left) < 1)
      se = second;
  }

  if (cfs_rq->next && wakeup_preempt_entity(cfs_rq->next, left) < 1) {
    /*
     * 有人確實(shí)希望運(yùn)行這個(gè)實(shí)體。如果不不公平，就運(yùn)行它。
     */
    se = cfs_rq->next;
  } else if (cfs_rq->last && wakeup_preempt_entity(cfs_rq->last, left) < 1) {
    /*
     * 更傾向于運(yùn)行最后一個(gè)實(shí)體，嘗試將 CPU 返回到一個(gè)被搶占的任務(wù)。
     */
    se = cfs_rq->last;
  }

  return se;
}

if (se == curr) {
  second = __pick_first_entity(cfs_rq);  // 獲取最左邊的實(shí)體
} else {
  second = __pick_next_entity(se);  // 獲取下一個(gè)實(shí)體
  if (!second || (curr && entity_before(curr, second)))
    second = curr;
}

if (second && wakeup_preempt_entity(second, left) < 1)
  se = second;

return se; } 函數(shù)pick_next_entity的作用是選擇下一個(gè)要運(yùn)行的調(diào)度實(shí)體，它根據(jù)一系列因素來(lái)決定選擇哪個(gè)實(shí)體，以確保公平性、滿(mǎn)足任務(wù)需求，并盡量提高緩存局部性。

總結(jié)

通過(guò)深入分析Linux內(nèi)核調(diào)度器的代碼實(shí)現(xiàn)，我們了解了調(diào)度器的入口函數(shù)和選擇下一個(gè)執(zhí)行進(jìn)程的過(guò)程。這個(gè)過(guò)程是內(nèi)核多任務(wù)處理的核心，確保了系統(tǒng)資源的合理分配。深入理解調(diào)度器的工作原理將有助于我們更好地優(yōu)化系統(tǒng)性能，提高響應(yīng)速度。