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Linux 内核学习笔记（二）——Process Scheduling

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Process Scheduling

顾名思义，Process Scheduler就是一个kernel subsystem 使得多个process可以顺利工作起来。它决定哪个process何时工作，工作多久。从外部看来，这给人一种多个process同时工作的假象。

对于有多个processor的设备来说，可以做到多个process同时工作，对于单个processor来说就是多任务，类似分时复用的模式来达到并发的目的。

CFS

开始的时候Unix系统都是O(1)scheduler，现在更常使用Completely Fair Scheduler ,CFS。

process可以划分成两类：I/O-Bound 、 Processor-Bound Process I/O-Bound：执行所需时间短，但是执行频繁，要求低延迟，更好地人机交互友好性（比如打字输入，不能半天屏幕上还没有显示输入的字母）；Processor-Bound：执行所需时间长，不需要频繁运行（类似于执行MATLAB这样的大程序）

scheduler 算法是使用优先级为基础的scheduling。其中有：

  • nice value：优先级的序号值越小，代表约优先，所分配的时间（timeslice）就越多，反之序号越大，执行分配时间越短。

  • real-time priority: 这个是序号值越大越优先，并且最小的real-time priority都比nice value 更优先！！

对于timeslice，太长使得用户交互体验变差，太短系统一直在不同process之间切换，疲于奔命，耗费了很多时间，效率亦不高。CFS很好地解决了这样的问题（尽管也应该有自己缺陷），采用比例的形式（proportion）分配时间，而不是通过给每一个nice value固定timeslice. 而这个比例就是通过nice value的值来辅助确定的。例如，如果一个需要耗费更少时间的process进入kernel，那么当前的process就会被停止，优先执行这个消耗更上比例时间的process。

为了较为理想地在不同process之间切换，设定了target latency。比如设定其为20 milliseconds,2个任务时就是每个任务10，4个process时每个5.但是当任务越来越多，甚至是无穷多时，每个process分摊的时间就是0，这连不同任务之间切换的时间都不够。为此设定了一个timeslice下限：1 milliseconds。

CFS也会记录每个process运行了多久，还需要运行多久。CFS总是找到最小的vruntime，然后执行这个process。它是通过red-black tree去管理执行时间，进而找到这个最小的vruntime的process。

Whatever the case, the kernel behavior is the same:The task marks itself as sleeping,
puts itself on a wait queue, removes itself from the red-black tree of runnable, and calls
schedule() to select a new process to execute.

Sleeping is handled via wait queues.

Preemption

User Preemption

In short, user preemption can occur

  • When returning to user-space from a system call
  • When returning to user-space from an interrupt handler

Preemption：User Preemption和kernel Preemption

以kernel Preemption为例，大致就是两个任务在执行时，如果一个任务通过system call进入到kenel- space执行状态，另一个任务想要通过system call调用。如果不是 Preemption的内核，必须等待这个任务在kernel中完全结束离开之后才能进行，linux支持 Preemption，这样就可以抢占式地暂停当前正在运行的任务，让另一个任务在kernel中优先执行。缺点就是增加了内核的复杂性，处理起来难度大一些，但是对于real time系统来说，体验性较好。

Kernel preemption can occur

  • When an interrupt handler exits, before returning to kernel-space
  • When kernel code becomes preemptible again
  • If a task in the kernel explicitly calls schedule()
  • If a task in the kernel blocks (which results in a call to schedule() )

real-time priority

  • SCHED_FIFO: 简单的first in first out,没有timeslice的优先级模式；
  • SCHED_RR : 和SCHED_FIFO类似，区别在于，当前process的timeslice执行完毕之后，其他程序之间可以通过优先级竞争来争取执行。

System Calls

application programing interface（API）

在Unix world 中最常用的API接口就差POSIX standard。主要还是借助于C library的形式实现的。一般都是通过在C函数库来调用system call。 每一个system call都有一个特定的number，通过这个number来进行调用。

值得注意的是，设定一个新的system call是非常容易的，只需要进行定义、在各个库文件里面进行生命，然后编译（记住和驱动编程的挂载不太一样），烧录进kernel即可。但是这是不建议去做的事情，也是没有必要做的。

参考文献：

  1. Love, Robert . "Linux Kernel Development." (2008).
  2. https://stackoverflow.com/questions/5283501/what-does-it-mean-to-say-linux-kernel-is-preemptive
  3. https://stackoverflow.com/questions/817059/what-is-preemption-what-is-a-preemtible-kernel-what-is-it-good-for

本文作者：LT_Rock

本文链接：https://www.cnblogs.com/LT-Rock/p/13542073.html

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posted @ 2020-08-21 17:18  LT_Rock  阅读(422)  评论(0)    收藏  举报