linux排程器(一) 概述

2021-07-05 04:29:15 字數 3463 閱讀 2533

本次分析的kernel**為2.6.32-220。並且我們先不考慮smp。當前linux的排程程式由兩個排程器組成:主排程器,週期性排程器(兩者又統稱為核心排程器);並且每個排程器包括兩個內容:排程框架(其實質就是兩個函式框架)及排程器類。排程器類是實現了不同排程策略的例項,如 cfs、rt class。它們的關係如下圖:

圖 排程器的組成

當前的核心支援兩種排程器類(sched_setscheduler系統呼叫可修改程序的策略):cfs(公平)、rt(實時);5種排程策略:sched_noraml(最常見的策略)、sched_batch(除了不能搶占外與常規任務一樣,允許任務執行更長時間,更好地使用快取記憶體,適合於成批處理的工作)、sched_idle(它甚至比nice 19還有弱,為了避免優先順序反轉使用)和sched_rr(迴圈排程,擁有時間片,結束後放在佇列末)、sched_fifo(沒有時間片,可以執行任意長的時間);其中前面三種策略使用的是cfs排程器類,後面兩種使用rt排程器類。

另外,對於排程框架及排程器類,它們都有自己管理的執行佇列,排程框架只識別rq(其實它也不能算是執行佇列),而對於cfs排程器類它的執行佇列則是cfs_rq(內部使用紅黑樹組織排程實體),實時rt的執行佇列則為rt_rq(內部使用優先順序bitmap+雙向鍊錶組織排程實體)。下圖排程器相關的幾個資料結構的關係:

圖 排程器結構關係圖

rq表示排程框架上的執行佇列(它本身並沒有真正組織排程實體,而是它下面的cfs及rq兩個成員負責組織真正的排程實體),在多核處理器上每個cpu有乙個rq結構.

rq#cpu執行佇列,每個cpu乙個

nr_running:表示總共就緒的程序數(包括cfs,rq及正在執行的)

cpu_load:表示該rq所在cpu的歷史load,一般有5個

load:表示當前cpu的load,這個load是它所有就緒程序的load之和(同樣包括cfs,rq及正在執行的)

nr_swithces:進行上下文切換的次數

cfs:該rq所包括的cfs_rq執行佇列,這個是所有cfs_rq的root

rt:與上面的cfs類似

curr:當前正在執行的程序(這裡不是se,注意跟cfs_rq的curr區分開來)

clock:執行佇列的時鐘,這個時鐘是後面cfs,rq所使用的時鐘,也是大多數proc顯然的時間相關的時鐘

cpu:該rq所屬的cpu

leaf_cfs_rq_list:如果使用的cgroup來建立巢狀的group,那麼這個group的cfs_rq通過該變數組織,注:每個cgroup都有乙個cfs_rq

cfs_rq#cfs排程器類的執行佇列

load:該cfs_rq的load,它只計算它本層下面的se的weight之和,並不是這個se的load,也不是遞迴到葉子節點上的所有se weight之和(理解這點非常重要),這裡有兩個概念要區分清楚:se的load與se的weight,之所以會有這兩個區別是因為組排程的存在,對於乙個組它本身也是乙個se,它也有乙個cfs_rq,所以對於組它的se->weight其實就是我們設定cgroup的cpu.shares的乙個均值(cpu.shares是儲存在tg->shares,而se->weight是通過update_cfs_shares計算出來的,如果它下面的se在乙個cpu裡,那麼它們就相等,否則…還不清楚到底為什麼那樣算的?),而它的cfs_rq的load,則是它下面所有se的weight之和;對於普通的程序,則它本身沒有cfs_rq(它有所屬的cfs_rq),所以它沒有cfs_rq load,只有weight

nr_running:就緒的程序數,只包括本層的(包括正在執行的)

h_nr_running:只對於組才有效,包括底層所有cfs_rq的nr_running之和

exec_lock:該cfs_rq總共占用的cpu時間(物理),只累計本層

min_vruntime:用於調整se的vruntime,它是遞增的,但不一定是該cfs_rq裡所有se最小

tasks_timeline:該cfs_rq的紅黑樹root

rb_leftmost:紅黑樹的最左邊節點

curr:當前執行的se(對於組雖然它不會在cpu上執行,但是當它的下層有乙個task在cpu上執行,那麼它所在的cfs_rq就把它當做是該cfs_rq上當前正在執行的se)

rq:該cfs_rq當前所attach的cpu rq

tg:該cfs_rq所屬的task group,即所屬的組,通過該成員可以找到該cfs_rq對應的組在該cpu上所屬的se,即該cfs_rq自身的se

sched_entity#排程實體

load:排程實體自身的load,對於普通程序這個load跟優先順序成正比,優先順序高的,load大,通過prio_to_weight表可以查詢到它們的對應關係(注意與cfs_rq的load區分開)

run_node:紅黑樹節點

on_rq:表示是否在執行佇列或正在執行(當前執行的程序是不儲存在紅黑樹裡,但它的on_rq還是標誌著的,記住這個也很關鍵)

exec_start:這個並不是表示程序開始執行的時候,而是每次update_curr都會更新該時鐘為當前rq的clock,它主要用於計算上次執行update_curr到這次再執行,總共發的cpu clock,然後再把這個差值加到sum_exec_runtime

sum_exec_runtime:程序總共執行的cpu clock(占用cpu的物理時間)

prev_sum_exec_runtime:上次該程序被排程時已經占用的cpu時間(每次在排程乙個新的程序時都會把它的se->prev_sum_exec_runtime = se->sum_exec_runtime),所以sum_exec_runtime- prev_sum_exec_runtime就是這次排程占用cpu的clock

vruntime:虛擬時間(實現cfs最關鍵的東西),簡單的理解它是執行的cpu clock的乙個虛擬值,這個變換與程序的權重成反比

parent:該se的上級se(只對組排程有用)

cfs_rq:該se就緒時所屬的cfs_rq,在不同cpu上該值是不一樣的(即cfs_rq_of(se)找到的是se所在的父se的my_q)

my_q:該se下面的管理的se組成的cfs_rq(只對組排程有用),這個與cfs_rq的區別很重要,它是該se本身所管理的所有下級se所組成的執行佇列,而cfs_rq則是該se所屬的父級執行佇列

task_group#組結構體,每個group都有乙個task_group結構

se:該tg在每個cpu上的se

cfs_rq:該tg在每個cpu上的cfs_rq

shares:我們用cgroup設定cpu.shares的值

對於實時排程類也是一樣的,它也是支援組排程的,它的執行佇列是使用rt_prio_array active組織的,即bitmap+lists,我們在介紹rt類的時候再詳細介紹。這些欄位的含義也是proc欄位的意思,所以理解這些對於理解proc資訊很有幫助。

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