引言

在當(dāng)今計(jì)算機(jī)領(lǐng)域，Linux操作系統(tǒng)扮演著至關(guān)重要的角色，而其中的調(diào)度策略和內(nèi)核結(jié)構(gòu)體更是它多任務(wù)處理的核心。本文將引領(lǐng)你深入探索Linux中的調(diào)度策略，理解不同策略如何影響線程的執(zhí)行順序，并研究CFS（完全公平調(diào)度器）調(diào)度算法的運(yùn)作原理。此外，我們還將涉及一些內(nèi)核結(jié)構(gòu)體的重要性，幫助你更好地理解Linux內(nèi)核的運(yùn)行機(jī)制。

敲開調(diào)度策略的門

在Linux中，調(diào)度器是內(nèi)核的一部分，它的任務(wù)是決定下一個(gè)由CPU執(zhí)行的可運(yùn)行線程。每個(gè)線程都有一個(gè)關(guān)聯(lián)的調(diào)度策略和一個(gè)靜態(tài)調(diào)度優(yōu)先級(jí)（sched_priority）。調(diào)度器基于系統(tǒng)上所有線程的調(diào)度策略和靜態(tài)優(yōu)先級(jí)來做出決策。

(1) 普通調(diào)度策略與實(shí)時(shí)調(diào)度策略

普通調(diào)度策略：

• 包括SCHED_OTHER、SCHED_IDLE、SCHED_BATCH。
• sched_priority在調(diào)度決策中不起作用，必須指定為0。

實(shí)時(shí)調(diào)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(shí)時(shí)線程始終比普通線程具有更高的優(yōu)先級(jí)。

(2) 調(diào)度策略工作原理

• 調(diào)度器維護(hù)了每個(gè)可能sched_priority值的可運(yùn)行線程列表。
• 為了確定下一個(gè)運(yùn)行的線程，調(diào)度器查找具有最高靜態(tài)優(yōu)先級(jí)的非空列表，并選擇此列表頭部的線程。
• 線程的調(diào)度策略決定了它將插入到具有相同靜態(tài)優(yōu)先級(jí)的線程列表中的位置，以及它在此列表內(nèi)部的移動(dòng)方式。

(3) 內(nèi)核結(jié)構(gòu)體

sched_class結(jié)構(gòu)：通過一組函數(shù)指針描述了調(diào)度器，包括：

• __end_sched_classes，優(yōu)先級(jí)最高 
• stop_sched_class，停止調(diào)度類 
• dl_sched_class，最早截至?xí)r間調(diào)度類 
• rt_sched_class，實(shí)時(shí)調(diào)度類 
• fair_sched_class，公平調(diào)度調(diào)度類 
• idle_sched_class，空轉(zhuǎn)調(diào)度類 
• __begin_sched_classes，優(yōu)先級(jí)最低

調(diào)度器優(yōu)先級(jí)：優(yōu)先級(jí)是編譯時(shí)指定的，通過__begin_sched_classes和__end_sched_classes進(jìn)行定位。

CFS調(diào)度算法

(1) 調(diào)度介紹

CFS調(diào)度算法是Linux中的核心調(diào)度器，旨在提供公平的CPU時(shí)間分配。以下是CFS調(diào)度的關(guān)鍵要點(diǎn)：

• 調(diào)度隊(duì)列為cfs_rq，是一個(gè)紅黑樹，用于維護(hù)可運(yùn)行線程。
• 進(jìn)程的權(quán)重由nice值指定，權(quán)重越小，優(yōu)先級(jí)越高。
• 最小調(diào)度粒度時(shí)間用于控制進(jìn)程的切換頻率。
• 進(jìn)程的虛擬運(yùn)行時(shí)間用于計(jì)算優(yōu)先級(jí)，確保公平調(diào)度。

(2) CFS調(diào)度刷新機(jī)制

CFS的虛擬時(shí)間刷新通過scheduler_tick定時(shí)器實(shí)現(xiàn)。虛擬時(shí)間的更新依賴于scheduler_tick，task_tick_fair，entity_tick，update_curr，以及check_preempt_tick等機(jī)制。這確保了公平的調(diào)度和進(jìn)程優(yōu)先級(jí)的維護(hù)。

(3) 進(jìn)程調(diào)度與內(nèi)核結(jié)構(gòu)體的交互

Linux進(jìn)行進(jìn)程調(diào)度時(shí)，內(nèi)核調(diào)用schedule->__schedule，通過pick_next_task選擇下一個(gè)要運(yùn)行的進(jìn)程。這過程涉及到各種調(diào)度類的嘗試，優(yōu)先級(jí)比較和進(jìn)程切換等操作。同時(shí)，當(dāng)前進(jìn)程的虛擬時(shí)間會(huì)得到更新，確保在下一次被調(diào)度時(shí)優(yōu)先級(jí)正確。

總結(jié)

深度了解Linux的調(diào)度策略、CFS調(diào)度算法和內(nèi)核結(jié)構(gòu)體是優(yōu)化系統(tǒng)性能和資源管理的關(guān)鍵一步。本文提供了詳細(xì)的解釋和工作原理，為你揭示了Linux內(nèi)核的運(yùn)行機(jī)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(tǒng)，提高其性能和響應(yīng)能力。