[笔记]《Linux内核设计与实现》第四章进程调度

目前正在通读《Linux内核设计与实现》一书，本文是对第四章<进程调度>的总结。

进程调度的原因不难理解，有限数目的CPU、数目众多的应用，就必须有个类似交警的角色来进行平衡和调度。

进程调度的基本思路是啥？对进程进行分级、分优先级。

进程分为两级：实时进程 vs 普通进程，

相应地，优先级也分为两大类：实时优先级和普通优先级。

相应地，调度策略也分为三大类：SCHED_FIFO、SCHED_RR和SCHED_NORMAL。其中前两个属于实时调度策略。

下面分别讲一下：
1.进程调度的一些概念：
1.1 强占（preemption）,在抢占式的多任务模式下，由调度程序来决定什么时候停止一个进程的运行，以便其他进程能够得到执行机会。这个强制的挂起动作就叫做抢占。
1.2 时间片（timeslice），实际上是分配给每个可运行进程的处理器时间段。任何长时间片都会导致系统交互表现欠佳。很多操作系统中都特别重视这一点，默认的时间片很短，如10ms。Linux的CFS调度器没有直接分配时间片到进程，而是将处理器的使用比划分给了进程，而且这个使用比还受到nice值的影响。
1.3 让步（yielding）,进程主动挂起自己的操作称为让步。
1.4 CFS：完全公平调度算法，是Linux2.6.23之后针对普通进程采用的调度算法，在Linux中称为SCHED_NORMAL。CFS不是完美的公平，只是几乎完美的多任务。它确保给每个进程公平的处理器使用比。
1.5 目标延迟：CFS为完美多任务中的无限小调度周期的近似值设立了一个目标。

2.调度策略
2.1.实时优先级：
实时优先级范围从0到MAX_RT_PRIO减一。默认情况下，MAX_RT_PRIO为100。所以，默认的实时优先级范围是从0到99。
实时调度策略又分为：
 SCHED_FIFO ：处于可运行状态的SCHED_FIFO级的进程会比任何SCHED_NORMAL级的进程都先得到调度。它不基于时间片，可以一直执行下去。除非自己受阻或者显式地释放处理器为止；
              只有更高优先级的SCHED_FIFO或者SCHED_RR进程才能抢占SCHED_FIFO进程。同优先级的SCHED_FIFO级的进程之间会轮流调度。
 SCHED_RR ：带有时间片的SCHED_FIFO。在耗尽事先分配给它的时间后就不能再继续执行了。
实时调度器管理实时调度策略
CFS调度器管理普通的调度策略
2.2.nice值
nice值适用于SCHED_NORMAL级进程
范围是-20到+19，默认值为0；nice值越大优先级越低，优先级低则意味着获得更少的处理器时间。
nice值是所有Unix系统中的标准化的概念--但不同的Unix系统由于调度算法不同，因此nice值的运用方式有所差异。如Mac OS X，进程的nice值代表分配给进程的时间片的绝对值；而Linux系统中，nice值则代表时间片的比例；
nice值->服务器使用比-运行时间
2.3虚拟实时

vruntime，记录一个程序到底运行了多长时间以及它还应该再运行多久。以ns为单位，其值被所有可运行进程总数加权，和定时器节拍不再相关（每次系统时钟节拍发生时，不再跟随减少一个节拍周期）。
update_curr()，由系统定时器周期性调用，更新vruntime的值

2.4.nice值到实时优先级的映射
共享了实时优先级的取值空间，其值从MAX_RT_PRIO到（MAX_RT_PRIO+40），也就是说，在默认情况下，nice值从-20到19直接对应的是从100到139的实时优先级范围。

3.调度时机
调度器的入口是schedule();
调起schedule()并不一定产生抢占。

3.2抢占时机
在多数操作系统中，是否要将一个进程立刻投入运行（也就是抢占当前进程），是完全由进程优先级和是否有时间片决定的。
在Linux的CFS调度器中，抢占时机取决于新的可运行程序消耗了多少处理器使用比，如果消耗的使用比比当前进程小，则发生抢占。

6.进程调度用到的数据队列
6.1.等待队列  进程休眠  两种状态：TASK_INTERRUPTIBLE和TASK_UNINTERRUPTIBLE
6.2.可执行红黑树  rbtree，自平衡二叉搜索树。进程优先级最高的，其vruntime（虚拟运行时间）最小，排在树的最左叶子节点。
6.3.过期队列