Linux 2.4进程调度分析 2

3． current

核心经常需要获知当前在某CPU上运行的进程的task_struct，在Linux中用current指针指向这一描述符。current的实现采用了一个小技巧以获得高效的访问速度，这个小技巧与Linux进程task_struct的存储方式有关。

在Linux中，进程在核心级运行时所使用的栈不同于在用户级所分配和使用的栈。因为这个栈使用率不高，因此仅在创建进程时分配了两个页（8KB），并且将该进程的task_struct安排在栈顶。（实际上这两个页是在分配task_struct时申请的，初始化完task_struct后即将esp预设为页尾作为进程的核心栈栈底，往task_struct方向延伸。）

因此，要访问本进程的task_struct，只需要执行以下简单操作：

        __asm__("andl %%esp,%0; ":"=r" (current) : "0" (~8191UL));

       

此句将esp与0x0ffffe000作"与"运算，获得核心栈的首页基址，此即为task_struct的地址。

4． schedule_data

task_struct是用于描述进程的数据结构，其中包含了指向所运行CPU的属性。在Linux中，另有一个数据结构对应于CPU，可以利用它访问到某CPU上运行的进程，这个数据结构定义为schedule_data结构，包含两个属性：curr指针，指向当前运行于该CPU上的进程的task_struct，通常用cpu_curr(cpu)宏来访问；last_schedule时间戳，记录了上一次该CPU上进程切换的时间，通常用last_schedule(cpu)宏来访问。

为了使该数据结构的访问能与CPU的Cache line大小相一致，schedule_data被组织到以SMP_CACHE_BYTES为单位的aligned_data联合数组中，系统中每个CPU对应数组上的一个元素。

5． init_tasks

调度器并不直接使用init_task为表头的进程链表，而仅使用其中的"idle_task"。该进程在引导完系统后即处于cpu_idle()循环中（详见"其他核心应用的调度相关部分"之"IDLE进程"）。SMP系统中，每个CPU都分别对应了一个idle_task，它们的task_struct指针被组织到init_tasks[NR_CPUS]数组中，调度器通过idle_task(cpu)宏来访问这些"idle"进程（详见"调度器工作流程"）。

6． runqueue_head

以runqueue_head为表头的链表记录了所有处于就绪态的进程（当前正在运行的进程也在其中，但idle_task除外），调度器总是从中选取最适合调度的进程投入运行。

三． 就绪进程选择算法

Linux schedule()函数将遍历就绪队列中的所有进程，调用goodness()函数计算每一个进程的权值weight，从中选择权值最大的进程投入运行。

进程调度权值的计算分为实时进程和非实时进程两类，对于非实时进程（SCHED_OTHER），影响权值的因素主要有以下几个：

1. 进程当前时间片内所剩的tick数，即task_struct的counter值，相当于counter越大的进程获得CPU的机会也越大，因为counter的初值与（-nice）相关，因此这一因素一方面代表了进程的优先级，另一方面也代表了进程的"欠运行程度"；（weight = p->counter;）

2. 进程上次运行的CPU是否就是当前CPU，如果是，则权值增加一个常量，表示优先考虑不迁移CPU的调度，因为此时Cache信息还有效；（weight += PROC_CHANGE_PENALTY;）

3. 此次切换是否需要切换内存，如果不需要（或者是同一进程的两个线程间的切换，或者是没有mm属性的核心线程），则权值加1，表示（稍微）优先考虑不切换内存的进程；(weight += 1;)

4. 进程的用户可见的优先级nice，nice越小则权值越大。（Linux中的nice值在-20到+19之间选择，缺省值为0，nice()系统调用可以用来修改优先级。）(weight += 20 - p->nice;) 对于实时进程（SCHED_FIFO、SCHED_RR），权值大小仅由该进程的rt_priority值决定（weight = 1000 + p->rt_priority;），1000的基准量使得实时进程的权值比所有非实时进程都要大，因此只要就绪队列中存在实时进程，调度器都将优先满足它的运行需要。

如果权值相同，则选择就绪队列中位于前列的进程投入运行。

除了以上标准值以外，goodness()还可能返回-1，表示该进程设置了SCHED_YIELD位，此时，仅当不存在其他就绪进程时才会选择它。

如果遍历所有就绪进程后，weight值为0，表示当前时间片已经结束了，此时将重新计算所有进程（不仅仅是就绪进程）的counter值，再重新进行就绪进程选择（详见"调度器工作流程"）。