詳細(xì)剖析Linux進(jìn)程調(diào)度時(shí)機(jī)
Linux在眾多進(jìn)程中是怎么進(jìn)行調(diào)度的，這個(gè)牽涉到Linux進(jìn)程調(diào)度時(shí)機(jī)的概念，由Linux內(nèi)核中Schedule（）的函數(shù)來(lái)決定是否要進(jìn)行進(jìn)程的切換，如果要切換的話，切換到哪個(gè)進(jìn)程等等。
Linux進(jìn)程調(diào)度時(shí)機(jī)主要有：
1、進(jìn)程狀態(tài)轉(zhuǎn)換的時(shí)刻：進(jìn)程終止、進(jìn)程睡眠；
2、當(dāng)前進(jìn)程的時(shí)間片用完時(shí)（current->counter=0）；
3、設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序
4、進(jìn)程從中斷、異常及系統(tǒng)調(diào)用返回到用戶態(tài)時(shí)；
時(shí)機(jī)1，進(jìn)程要調(diào)用sleep（）或exit（）等函數(shù)進(jìn)行狀態(tài)轉(zhuǎn)換，這些函數(shù)會(huì)主動(dòng)調(diào)用調(diào)度程序進(jìn)行進(jìn)程調(diào)度；
時(shí)機(jī)2，由于進(jìn)程的時(shí)間片是由時(shí)鐘中斷來(lái)更新的，因此，這種情況和時(shí)機(jī)4是一樣的。
時(shí)機(jī)3，當(dāng)設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序執(zhí)行長(zhǎng)而重復(fù)的任務(wù)時(shí)，直接調(diào)用調(diào)度程序。在每次反復(fù)循環(huán)中，驅(qū)動(dòng)程序都檢查need_resched的值，如果必要，則調(diào)用調(diào)度程序schedule()主動(dòng)放棄CPU。
時(shí)機(jī)4，如前所述，不管是從中斷、異常還是系統(tǒng)調(diào)用返回，最終都調(diào)用ret_from_sys_call（），由這個(gè)函數(shù)進(jìn)行調(diào)度標(biāo)志的檢測(cè)，如果必要，則調(diào)用調(diào)用調(diào)度程序。那么，為什么從系統(tǒng)調(diào)用返回時(shí)要調(diào)用調(diào)度程序呢？這當(dāng)然是從效率考慮。從系統(tǒng)調(diào)用返回意味著要離開(kāi)內(nèi)核態(tài)而返回到用戶態(tài)，而狀態(tài)的轉(zhuǎn)換要花費(fèi)一定的時(shí)間，因此，在返回到用戶態(tài)前，系統(tǒng)把在內(nèi)核態(tài)該處理的事全部做完。
對(duì)于直接執(zhí)行調(diào)度程序的時(shí)機(jī)，我們不討論，因?yàn)楹竺嫖覀儗?huì)描述調(diào)度程序的工作過(guò)程。前面我們討論了時(shí)鐘中斷，知道了時(shí)鐘中斷的重要作用，下面我們就簡(jiǎn)單看一下每個(gè)時(shí)鐘中斷發(fā)生時(shí)內(nèi)核要做的工作，首先對(duì)這個(gè)最頻繁的調(diào)度時(shí)機(jī)有一個(gè)大體了解，然后再詳細(xì)討論調(diào)度程序的具體工作過(guò)程。
每個(gè)時(shí)鐘中斷（timer interrupt）發(fā)生時(shí)，由三個(gè)函數(shù)協(xié)同工作，共同完成進(jìn)程的選擇和切換，它們是：schedule（）、do_timer（）及ret_form_sys_call（）。我們先來(lái)解釋一下這三個(gè)函數(shù)：
schedule（）：進(jìn)程調(diào)度函數(shù)，由它來(lái)完成進(jìn)程的選擇（調(diào)度）；
do_timer（）：暫且稱之為時(shí)鐘函數(shù)，該函數(shù)在時(shí)鐘中斷服務(wù)程序中被調(diào)用，是時(shí)鐘中斷服務(wù)程序的主要組成部分，該函數(shù)被調(diào)用的頻率就是時(shí)鐘中斷的頻率即每秒鐘100次（簡(jiǎn)稱100赫茲或100Hz）；
ret_from_sys_call（）：系統(tǒng)調(diào)用返回函數(shù)。當(dāng)一個(gè)系統(tǒng)調(diào)用或中斷完成時(shí)，該函數(shù)被調(diào)用，用于處理一些收尾工作，例如信號(hào)處理、核心任務(wù)等等。
這三個(gè)函數(shù)是如何協(xié)調(diào)工作的呢？
前面我們看到，時(shí)鐘中斷是一個(gè)中斷服務(wù)程序，它的主要組成部分就是時(shí)鐘函數(shù)do_timer（），由這個(gè)函數(shù)完成系統(tǒng)時(shí)間的更新、進(jìn)程時(shí)間片的更新等工作，更新后的進(jìn)程時(shí)間片counter作為調(diào)度的主要依據(jù)。
在時(shí)鐘中斷返回時(shí)，要調(diào)用函數(shù)ret_from_sys_call（），前面我們已經(jīng)討論過(guò)這個(gè)函數(shù)，在這個(gè)函數(shù)中有如下幾行：
cmpl $0, _need_resched
jne reschedule
……
restore_all:
RESTORE_ALL
reschedule:
call SYMBOL_NAME(schedule)
jmp ret_from_sys_call
這幾行的意思很明顯：檢測(cè) need_resched 標(biāo)志，如果此標(biāo)志為非0，那么就轉(zhuǎn)到reschedule處調(diào)用調(diào)度程序schedule（）進(jìn)行進(jìn)程的選擇。調(diào)度程序schedule（）會(huì)根據(jù)具體的標(biāo)準(zhǔn)在運(yùn)行隊(duì)列中選擇下一個(gè)應(yīng)該運(yùn)行的進(jìn)程。當(dāng)從調(diào)度程序返回時(shí)，如果發(fā)現(xiàn)又有調(diào)度標(biāo)志被設(shè)置，則又調(diào)用調(diào)度程序，直到調(diào)度標(biāo)志為0，這時(shí)，從調(diào)度程序返回時(shí)由RESTORE_ALL恢復(fù)被選定進(jìn)程的環(huán)境，返回到被選定進(jìn)程的用戶空間，使之得到運(yùn)行。
以上就是時(shí)鐘中斷這個(gè)最頻繁的調(diào)度時(shí)機(jī)。討論這個(gè)的主要目的使讀者對(duì)時(shí)機(jī)4有個(gè)大致的了解。
***要說(shuō)明的是，系統(tǒng)調(diào)用返回函數(shù)ret_from_sys_call（）是從系統(tǒng)調(diào)用、異常及中斷返回函數(shù)通常要調(diào)用的函數(shù)，但并不是非得調(diào)用，對(duì)于那些要經(jīng)常被響應(yīng)的和要被盡快處理的中斷請(qǐng)求信號(hào)，為了減少系統(tǒng)開(kāi)銷，處理完成后并不調(diào)用 ret_from_sys_call（）（因?yàn)楹茱@然的，從這些中斷處理程序返回到的用戶空間肯定是那個(gè)被中斷的進(jìn)程，無(wú)需重新選擇），并且，它們作的工作要盡可能少，因?yàn)轫憫?yīng)的頻率太高了。
Linux進(jìn)程調(diào)度和其他的UNIX進(jìn)程調(diào)度不同，尤其是在“nice level”優(yōu)先級(jí)的處理上，與優(yōu)先權(quán)調(diào)度（priority高的進(jìn)程***運(yùn)行）不同，Linux用的是時(shí)間片輪轉(zhuǎn)調(diào)度（Round Robing），但同時(shí)又保證了高優(yōu)先級(jí)的進(jìn)程運(yùn)行的既快、時(shí)間又長(zhǎng)（both sooner and longer）。而標(biāo)準(zhǔn)的UNIX調(diào)度程序都用到了多級(jí)進(jìn)程隊(duì)列。大多數(shù)的實(shí)現(xiàn)都用到了二級(jí)優(yōu)先隊(duì)列：一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)隊(duì)列和一個(gè)實(shí)時(shí)（“real time”）隊(duì)列。一般情況下，如果實(shí)時(shí)隊(duì)列中的進(jìn)程未被阻塞，它們都要在標(biāo)準(zhǔn)隊(duì)列中的進(jìn)程之前被執(zhí)行，并且，每個(gè)隊(duì)列中，“nice level”高的進(jìn)程先被執(zhí)行。
總體上，Linux 調(diào)度序程在交互性方面表現(xiàn)很出色，當(dāng)然了，這是以犧牲一部分“吞吐量”為代價(jià)的。
【編輯推薦】
