引言

在當今計算機領(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)核的運行機制。

敲開調(diào)度策略的門

在Linux中，調(diào)度器是內(nèi)核的一部分，它的任務是決定下一個由CPU執(zhí)行的可運行線程。每個線程都有一個關(guān)聯(lián)的調(diào)度策略和一個靜態(tài)調(diào)度優(yōu)先級（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)先級來做出決策。

(1) 普通調(diào)度策略與實時調(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。

實時調(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。
• 實時線程始終比普通線程具有更高的優(yōu)先級。

(2) 調(diào)度策略工作原理

• 調(diào)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(diào)度器查找具有最高靜態(tài)優(yōu)先級的非空列表，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)先級的線程列表中的位置，以及它在此列表內(nèi)部的移動方式。

(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)先級最高 
• stop_sched_class，停止調(diào)度類 
• dl_sched_class，最早截至時間調(diào)度類 
• rt_sched_class，實時調(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)先級最低

調(diào)度器優(yōu)先級：優(yōu)先級是編譯時指定的，通過__begin_sched_classes和__end_sched_classes進行定位。

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時間分配。以下是CFS調(diào)度的關(guān)鍵要點：

• 調(diào)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(quán)重由nice值指定，權(quán)重越小，優(yōu)先級越高。
• 最小調(diào)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(yōu)先級，確保公平調(diào)度。

(2) CFS調(diào)度刷新機制

CFS的虛擬時間刷新通過scheduler_tick定時器實現(xiàn)。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(diào)度和進程優(yōu)先級的維護。

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

Linux進行進程調(diào)度時，內(nèi)核調(diào)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(diào)度類的嘗試，優(yōu)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(diào)度時優(yōu)先級正確。

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。本文提供了詳細的解釋和工作原理，為你揭示了Linux內(nèi)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(tǒng)，提高其性能和響應能力。