Linux-进程调度器

news2024/11/15 10:28:09

1. 前言

在计算机中，进程的数量远多于cpu的数量，所以就存在，多个进程抢占一个cpu的情况，所以就需要一套规则，决定这些进程被处理的顺序，这就叫做进程调度。

在我的简单理解下，其实就是把进程放在一个队列中，cpu挨个去执行，但是后面知道了进程具有并发性，其实就是，一个cpu在某一时刻，只能处理一个进程，但是cpu并不会处理完这个进程，而是处理很短的时间（毫秒级别）， 进程在cpu上跑的时间段，我们称之为时间片。不论处理的怎么样，结束没结束不重要，接着处理下一个，这个进程中间的上下文数据被保存到进程PCB中，然后去排队吧。

这就是并发，虽然在某一时刻，我只在处理一个任务，但是在一个时间段，我就相当于同时处理多个任务。这些任务是被同步推进的。

后面还有进程优先级的概念，就相当于在排队，但是你VIP你就可以按照规则排在前面。

但是对于cpu而言，他只是负责计算，至于这些进程的优先级处理我并不关心，我只想要知道下一个进程是谁。那进程排序的规则是什么，又是谁来维护呢？

2. 进程调度器

进程调度器，它负责计算并决定一个进程何时获取CPU时间以及占用CPU的时长。

不要害怕，这些是我总结的大部分内容的结构图，接下来我会一一介绍这些

你应该看到了，进程调度器在最上面，和cpu交互的那个sched_class，Linux设计的一个结构体类型，里面定义了很多抽象的接口（函数指针）。

struct sched_class{
    // 链表
    const struct sched_class* next; 

    // 向运行队列添加一个进程
    void(*enqueue_task)(struct rq* rq, struct task_struct* p, int flags);

    // ...
    
    // 挑选下一个优先级更高的进程
    struct task_struct(*pick_next_task)(struct rq* rq, struct task_struct* prev, struct rq_flags* rf);
}

enqueue_task：向运行队列中插入一个进程

pick_next_task：从运行队列中挑选下一个优先级更高的进程

里面类似的函数指针还有很多，实现不同的功能。其次调度器其实是一个链表。进程通用调度器提供了一个模板，调度类其实就是这些类型的实现，以及对这些接口的实现。

3. 进程调度类

为什么要实现这么多的调度类呢，因为不同的使用场景：

stop调度类，是系统内核线程所使用，用户不能使用，优先级最高，任务一但被执行，它将不能被抢占，不能被切换，其将一直执行下去，直至进程执行完或主动让出cpu。
截止日期（dl）调度类，这个任务有最后期限，必须在任务最后期限之前完成，例如播放视频，一秒钟60帧的视频，大概每16毫秒就要播放一帧画面，这个就是最后期限
实时（rt）调度类，需要立马执行的任务，需要具有实时的特性，就像驾驶系统的刹车任务，必须要实时响应
完全公平（fair）调度类，这些任务都是完全公平的接受“相同”的时间，这个时间其实是虚拟时间，后面会说
空闲（ide）调度类，没有其他进程需要执行，就轮到它了

因为每个调度类都有自己的排序规则，所以Linux就使用这种设计：第一层，定义结构体类型，定义抽象的操作接口，比如向运行队列插入一个任务，从运行队列中挑选一个任务；第二层，调度类，根据自身类的特点，实现具体的操作。

通过这样两层，调度器可以从每个调度类的细节实现中抽离出来