引言
在當今計算機領域，linux操作系統扮演著至關重要的角色，而其中的調度策略和內核結構體更是它多任務處理的核心。本文將引領你深入探索Linux中的調度策略，理解不同策略如何影響線程的執行順序，并研究CFS（完全公平調度器）調度算法的運作原理。此外，我們還將涉及一些內核結構體的重要性，幫助你更好地理解Linux內核的運行機制。
敲開調度策略的門
在Linux中，調度器是內核的一部分，它的任務是決定下一個由CPU執行的可運行線程。每個線程都有一個關聯的調度策略和一個靜態調度優先級（sched_priority）。調度器基于系統上所有線程的調度策略和靜態優先級來做出決策。
(1) 普通調度策略與實時調度策略
普通調度策略：
- 包括SCHED_OTHER、SCHED_IDLE、SCHED_BATCH。
- sched_priority在調度決策中不起作用，必須指定為0。
實時調度策略：
- 包括SCHED_FIFO和SCHED_RR。
- 具有sched_priority值，范圍在1（低）到99（高）之間。
- 實時線程始終比普通線程具有更高的優先級。
(2) 調度策略工作原理
- 調度器維護了每個可能sched_priority值的可運行線程列表。
- 為了確定下一個運行的線程，調度器查找具有最高靜態優先級的非空列表，并選擇此列表頭部的線程。
- 線程的調度策略決定了它將插入到具有相同靜態優先級的線程列表中的位置，以及它在此列表內部的移動方式。
(3) 內核結構體
sched_class結構：通過一組函數指針描述了調度器，包括：
- __end_sched_classes，優先級最高
- stop_sched_class，停止調度類
- dl_sched_class，最早截至時間調度類
- rt_sched_class，實時調度類
- fAIr_sched_class，公平調度調度類
- idle_sched_class，空轉調度類
- __begin_sched_classes，優先級最低
調度器優先級：優先級是編譯時指定的，通過__begin_sched_classes和__end_sched_classes進行定位。
CFS調度算法
(1) 調度介紹
CFS調度算法是Linux中的核心調度器，旨在提供公平的CPU時間分配。以下是CFS調度的關鍵要點：
- 調度隊列為cfs_rq，是一個紅黑樹，用于維護可運行線程。
- 進程的權重由nice值指定，權重越小，優先級越高。
- 最小調度粒度時間用于控制進程的切換頻率。
- 進程的虛擬運行時間用于計算優先級，確保公平調度。
(2) CFS調度刷新機制
CFS的虛擬時間刷新通過scheduler_tick定時器實現。虛擬時間的更新依賴于scheduler_tick，task_tick_fair，entity_tick，update_curr，以及check_preempt_tick等機制。這確保了公平的調度和進程優先級的維護。
(3) 進程調度與內核結構體的交互
Linux進行進程調度時，內核調用schedule->__schedule，通過pick_next_task選擇下一個要運行的進程。這過程涉及到各種調度類的嘗試，優先級比較和進程切換等操作。同時，當前進程的虛擬時間會得到更新，確保在下一次被調度時優先級正確。
總結
深度了解Linux的調度策略、CFS調度算法和內核結構體是優化系統性能和資源管理的關鍵一步。本文提供了詳細的解釋和工作原理，為你揭示了Linux內核的運行機制。通過充分了解這些核心概念，你將能夠更好地掌控Linux系統，提高其性能和響應能力。
