深入了解Linux内核：探究其调度算法（linux内核调度算法）

深入了解Linux内核：探究其调度算法

Linux是开源且广泛使用的操作系统，在许多领域应用广泛。作为一个操作系统，它必须有效地管理资源，以便多个应用程序可以在同一时间共享它们。其中一个最关键的组件之一就是调度算法，它负责决定哪个进程被执行，以及哪个进程正在等待。

在Linux内核的调度器中，有一个用于选择下一个要执行的进程的函数，它被称为调度函数，它有许多实现。其中有一种实现是CFS（Completely Fair Scheduler），这是2.6.23版本之后的Linux版本所采用的默认调度算法。

CFS 作为一种公平的调度算法，可以确保每个活跃的进程都可以获得公平的CPU时间片。即便是最小的时间片也是公平的。这个算法的主要思想是记录每个进程使用的运行时间，并将这个时间除以进程的优先级（权重）来计算进程的完全公平共享(完全公平调度算法)指数。通过在这个指数上进行排序，调度器可以选择优先级最高和最老的进程。

以下是CFS算法代码的简单示例：

static void __sched_fair_enqueue_entity(struct cfs_rq *cfs_rq, struct sched_entity *se)
{
    /*
     * We can use the current ->vruntime for tracking entities on - this
     * tends to outperform per-entity values as it requires no updates
     * on fork/exit etc.
     */
    update_stats_enqueue(cfs_rq, se);
    se->vruntime = cfs_rq->min_vruntime;
    enqueue_entity(cfs_rq, se);
}

关键的函数是__sched_fair_enqueue_entity，它负责将一个实体添加到调度队列。该算法记录每个进程的运行时间，并将其转换为一个虚拟占用时间，这类似于公平的平均分配。

除了CFS之外，Linux内核还支持其他不同类型的调度器，如实时调度器和基于时间片轮转的调度器等。

实时调度器偏重于响应时间和可预测性，并将特殊关注于任务的实时需求。对于这种类型的任务，它们可以使用独立于其他进程的预留资源。实时调度器所提供的服务能够确保任务在任何情况下都具有响应性，并能够满足其预期的时间表。这个调度器通常被用来完成时间关键性的任务，如音视频播放、机器人控制，以及其他实时应用程序。

时间片轮转调度器是非常基本和简单的调度算法之一。它会为每个进程分配一个时间片。时间片到期后，进程就会被打断，并将他放入队列末尾。轮流执行的原理是确保所有进程都有平等的机会获得到CPU时间，在没有任务可以执行的时候不会浪费CPU时间。

void rr_schedule(struct task_struct *prev)
{
    struct task_struct *next;
    spin_lock_irq(&runqueue_lock);
    if (!prev->skip) enqueue_task(process_array[prev->prio], prev);
    next = dequeue_task(process_array[prev->prio]);
    next->skip = 0;
    spin_unlock_irq(&runqueue_lock);
    preempt_disable();
    if (prev!=next) {
        switch_to(next);
        ++ctr;
    }
    preempt_enable();
}

在这个示例中，任务的优先级被存放在process_array数组中，并使用enqueue_task和dequeue_task函数来循环执行。

总结

调度算法是Linux内核中非常重要的组成部分。它决定了哪些进程获得CPU时间并执行。Linux支持多种调度器类型，每个类型都有其优缺点。CFS是一个公平的调度算法，能够保证每个进程都能获得公平的CPU时间进行执行。实时调度器优先考虑响应时间和可预测性，支持时间关键的应用程序。时间片轮转调度器是一种基本而简单的调度算法，用于确保CPU资源的公平分配。熟悉这些调度算法是深入了解Linux内核的重要一步。