深入分析Linux内核源码－进程调度(1)

深入分析Linux内核源码——进程调度（一）

在Linux操作系统中，进程调度是一个至关重要的功能，它负责在多个进程之间合理地分配CPU时间，确保每个进程都能得到公平的执行机会。本文将深入分析Linux内核源码中的进程调度机制，帮助读者更好地明白其内部工作原理。

1. 进程调度概述

进程调度是操作系统核心组件之一，它负责管理进程的执行状态。在Linux内核中，进程可以分为以下几种状态：

- R（运行状态）：进程正在CPU上执行。

- S（可中断睡眠状态）：进程因等待某些事件（如I/O操作）而暂停执行。

- D（不可中断睡眠状态）：进程因等待某些特定事件（如等待磁盘操作完成）而暂停执行。

- T（被跟踪状态）：进程被系统管理员强制挂起，以便进行调试。

- Z（僵尸状态）：进程已完成执行，但尚未被其父进程回收。

进程调度器负责在R、S、D状态之间进行转换，并决定哪个进程应该获得CPU时间。

2. 调度器数据结构

在Linux内核中，调度器使用一系列数据结构来管理进程。以下是一些重要的数据结构：

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struct task_struct

：即一个进程的结构体，包含进程的ID、状态、优先级等信息。

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struct rq

：即一个调度队列的结构体，包含进程队列、运行时间等信息。

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struct cfs_rq

：即一个运行队列的结构体，用于处理CFS（完全公平调度器）算法。

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struct loadavg

：即系统负载的平均值，用于判断系统是否过载。

3. 调度算法

Linux内核提供了多种调度算法，以下是一些常见的调度算法：

- FCFS（先来先服务）：按照进程到达的顺序进行调度。

- RR（轮转调度）：将CPU时间均匀地分配给每个进程，每个进程运行一定时间后，调度器将其挂起，并选择下一个进程执行。

- SD（最短进程优先）：选择运行时间最短的进程执行。

- CFS（完全公平调度器）：基于时间片轮转算法，但考虑了进程的优先级。

4. 调度流程

以下是一个简化的调度流程：

1. 调度器初始化：创建调度队列和运行队列。

2. 进程到达：调度器将新到达的进程添加到调度队列。

3. 选择进程：调度器利用调度算法选择一个进程执行。

4. 执行进程：将选中的进程状态从S或D变成R，并分配CPU时间。

5. 进程完成：当进程执行完毕或被挂起时，调度器将其状态从R变成S或D。

6. 重复步骤3-5，直到所有进程执行完毕。

5. 源码分析

以下是对Linux内核源码中调度器部分的简洁分析：

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include/linux/sched.h

：包含调度器相关的数据结构和函数声明。

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kernel/sched/core.c

：实现调度器核心功能的源文件。

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kernel/sched/deadline.c

：实现基于截止时间的调度算法。

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kernel/sched/fair.c

：实现CFS调度算法。

在kernel/sched/core.c文件中，我们可以找到以下关键函数：

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schedule_task(struct task_struct *prev, struct task_struct *next)

：负责选择下一个执行的进程。

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pick_next_task(struct cfs_rq *cfs_rq, struct task_struct **next)

：在CFS调度队列中选择下一个执行的进程。

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try_to_wake_up(struct task_struct *task)

：尝试唤醒一个进程。

通过分析这些函数，我们可以深入了解调度器的内部工作原理。

6. 总结

本文对Linux内核源码中的进程调度机制进行了简要分析，包括调度器数据结构、调度算法、调度流程以及源码分析。愿望读者通过本文对Linux进程调度有了更深入的了解。在后续的文章中，我们将继续探讨进程调度的其他方面，如实时调度、抢占调度等。

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