天天看点

linux调度器源码分析 - 新进程加入(三)

  之前的文章已经介绍了调度器已经初始化完成,现在只需要加入一个周期定时器tick驱动它进行周期调度即可,而加入定时器tick在下一篇文章进行简单说明(主要这部分涉及调度器比较少,更多的是时钟、定时器相关知识)。这篇文章主要说明系统如何把一个进程加入到队列中。

  之前的文章也有提到过,只有处于TASK_RUNNING状态下的进程才能够加入到调度器,其他状态都不行,也就说明了,当一个进程处于睡眠、挂起状态的时候是不存在于调度器中的,而进程加入调度器的时机如下:

当进程创建完成时,进程刚创建完成时,即使它运行起来立即调用sleep()进程睡眠,它也必定先会加入到调度器,因为实际上它加入调度器后自己还需要进行一定的初始化和操作,才会调用到我们的“立即”sleep()。

当进程被唤醒时,也使用sleep的例子说明,我们平常写程序使用的sleep()函数实现原理就是通过系统调用将进程状态改为TASK_INTERRUPTIBLE,然后移出运行队列,并且启动一个定时器,在定时器到期后唤醒进程,再重新放入运行队列。

int sched_fork(unsigned long clone_flags, struct task_struct *p)

{

    unsigned long flags;

    /* 获取当前CPU,并且禁止抢占 */

    int cpu = get_cpu();

    /* 初始化跟调度相关的值,比如调度实体,运行时间等 */

    __sched_fork(clone_flags, p);

    /*

     * 标记为运行状态,表明此进程正在运行或准备好运行,实际上没有真正在CPU上运行,这里只是导致了外部信号和事件不能够唤醒此进程,之后将它插入到运行队列中

     */

    p->state = TASK_RUNNING;

     * 根据父进程的运行优先级设置设置进程的优先级

    p->prio = current->normal_prio;

     * 更新该进程优先级

    /* 如果需要重新设置优先级 */

    if (unlikely(p->sched_reset_on_fork)) {

        /* 如果是dl调度或者实时调度 */

        if (task_has_dl_policy(p) || task_has_rt_policy(p)) {

            /* 调度策略为SCHED_NORMAL,这个选项将使用CFS调度 */

            p->policy = SCHED_NORMAL;

            /* 根据默认nice值设置静态优先级 */

            p->static_prio = NICE_TO_PRIO(0);

            /* 实时优先级为0 */

            p->rt_priority = 0;

        } else if (PRIO_TO_NICE(p->static_prio) 0)

        /* p->prio = p->normal_prio = p->static_prio */

        p->prio = p->normal_prio = __normal_prio(p);

        /* 设置进程权重 */

        set_load_weight(p);

         /* sched_reset_on_fork成员在之后已经不需要使用了,直接设为0 */

        p->sched_reset_on_fork = 0;

    }

    if (dl_prio(p->prio)) {

        /* 使能抢占 */

        put_cpu();

        /* 返回错误 */

        return -EAGAIN;

    } else if (rt_prio(p->prio)) {

        /* 根据优先级判断,如果是实时进程,设置其调度类为rt_sched_class */

        p->sched_class = &rt_sched_class;

    } else {

        /* 如果是普通进程,设置其调度类为fair_sched_class */

        p->sched_class = &fair_sched_class;

    /* 调用调用类的task_fork函数 */

    if (p->sched_class->task_fork)

        p->sched_class->task_fork(p);

     * The child is not yet in the pid-hash so no cgroup attach races,

     * and the cgroup is pinned to this child due to cgroup_fork()

     * is ran before sched_fork().

     *

     * Silence PROVE_RCU.

    raw_spin_lock_irqsave(&p->pi_lock, flags);

    /* 设置新进程的CPU为当前CPU */

    set_task_cpu(p, cpu);

    raw_spin_unlock_irqrestore(&p->pi_lock, flags);

#if defined(CONFIG_SCHEDSTATS) || defined(CONFIG_TASK_DELAY_ACCT)

    if (likely(sched_info_on()))

        memset(&p->sched_info, 0, sizeof(p->sched_info));

#endif

#if defined(CONFIG_SMP)

    p->on_cpu = 0;

    /* task_thread_info(p)->preempt_count = PREEMPT_DISABLED; */

    /* 初始化该进程为内核禁止抢占 */

    init_task_preempt_count(p);

#ifdef CONFIG_SMP

    plist_node_init(&p->pushable_tasks, MAX_PRIO);

    RB_CLEAR_NODE(&p->pushable_dl_tasks);

    /* 使能抢占 */

    put_cpu();

    return 0;

}

   在sched_fork()函数中,主要工作如下:

获取当前CPU号

禁止内核抢占(这里基本就是关闭了抢占,因为执行到这里已经是内核态,又禁止了被抢占)

初始化进程p的一些变量(实时进程和普通进程通用的那些变量)

设置进程p的状态为TASK_RUNNING(这一步很关键,因为只有处于TASK_RUNNING状态下的进程才会被调度器放入队列中)

根据父进程和clone_flags参数设置进程p的优先级和权重。

根据进程p的优先级设置其调度类(实时进程优先级:0~99  普通进程优先级:100~139)

根据调度类进行进程p类型相关的初始化(这里就实现了实时进程和普通进程独有的变量进行初始化)

设置进程p的当前CPU为此CPU。

初始化进程p禁止内核抢占(因为当CPU执行到进程p时,进程p还需要进行一些初始化)

使能内核抢占

  可以看出sched_fork()进行的初始化也比较简单,需要注意的是不同类型的进程会使用不同的调度类,并且也会调用调度类中的初始化函数。在实时进程的调度类中是没有特定的task_fork()函数的,而普通进程使用cfs策略时会调用到task_fork_fair()函数,我们具体看看实现:

static void task_fork_fair(struct task_struct *p)

    struct cfs_rq *cfs_rq;

    /* 进程p的调度实体se */

    struct sched_entity *se = &p->se, *curr;

    /* 获取当前CPU */

    int this_cpu = smp_processor_id();

    /* 获取此CPU的运行队列 */

    struct rq *rq = this_rq();

    /* 上锁并保存中断记录 */

    raw_spin_lock_irqsave(&rq->lock, flags);

    /* 更新rq运行时间 */

    update_rq_clock(rq);

    /* cfs_rq = current->se.cfs_rq; */

    cfs_rq = task_cfs_rq(current);

    /* 设置当前进程所在队列为父进程所在队列 */

    curr = cfs_rq->curr;

     * Not only the cpu but also the task_group of the parent might have

     * been changed after parent->se.parent,cfs_rq were copied to

     * child->se.parent,cfs_rq. So call __set_task_cpu() to make those

     * of child point to valid ones.

    rcu_read_lock();

    /* 设置此进程所属CPU */

    __set_task_cpu(p, this_cpu);

    rcu_read_unlock();

    /* 更新当前进程运行时间 */

    update_curr(cfs_rq);

    if (curr)

        /* 将父进程的虚拟运行时间赋给了新进程的虚拟运行时间 */

        se->vruntime = curr->vruntime;

    /* 调整了se的虚拟运行时间 */

    place_entity(cfs_rq, se, 1);

    if (sysctl_sched_child_runs_first && curr && entity_before(curr, se)) {

        /*

         * Upon rescheduling, sched_class::put_prev_task() will place

         * 'current' within the tree based on its new key value.

         */

        swap(curr->vruntime, se->vruntime);

        resched_curr(rq);

    /* 保证了进程p的vruntime是运行队列中最小的(这里占时不确定是不是这个用法,不过确实是最小的了) */

    se->vruntime -= cfs_rq->min_vruntime;

    /* 解锁,还原中断记录 */

    raw_spin_unlock_irqrestore(&rq->lock, flags);

  在task_fork_fair()函数中主要就是设置进程p的虚拟运行时间和所处的cfs队列,值得我们注意的是 cfs_rq = task_cfs_rq(current); 这一行,在注释中已经表明task_cfs_rq(current)返回的是current的se.cfs_rq,注意se.cfs_rq保存的并不是根cfs队列,而是所处的cfs_rq,也就是如果父进程处于一个进程组的cfs_rq中,新创建的进程也会处于这个进程组的cfs_rq中。

  到这里新进程关于调度的初始化已经完成,但是还没有被调度器加入到队列中,其是在do_fork()中的wake_up_new_task(p);中加入到队列中的,我们具体看看wake_up_new_task()的实现:

void wake_up_new_task(struct task_struct *p)

    struct rq *rq;

     * Fork balancing, do it here and not earlier because:

     * - cpus_allowed can change in the fork path

     * - any previously selected cpu might disappear through hotplug

     /* 为进程选择一个合适的CPU */

    set_task_cpu(p, select_task_rq(p, task_cpu(p), SD_BALANCE_FORK, 0));

    /* Initialize new task's runnable average */

    /* 这里是跟多核负载均衡有关 */

    init_task_runnable_average(p);

    /* 上锁 */

    rq = __task_rq_lock(p);

    /* 将进程加入到CPU的运行队列 */

    activate_task(rq, p, 0);

    /* 标记进程p处于队列中 */

    p->on_rq = TASK_ON_RQ_QUEUED;

    /* 跟调试有关 */

    trace_sched_wakeup_new(p, true);

    /* 检查是否需要切换当前进程 */

    check_preempt_curr(rq, p, WF_FORK);

    if (p->sched_class->task_woken)

        p->sched_class->task_woken(rq, p);

    task_rq_unlock(rq, p, &flags);

  在wake_up_new_task()函数中,将进程加入到运行队列的函数为activate_task(),而activate_task()函数最后会调用到新进程调度类中的enqueue_task指针所指函数,这里我们具体看一下cfs调度类的enqueue_task指针所指函数enqueue_task_fair():

static void

enqueue_task_fair(struct rq *rq, struct task_struct *p, int flags)

    struct sched_entity *se = &p->se;

    /* 这里是一个迭代,我们知道,进程有可能是处于一个进程组中的,所以当这个处于进程组中的进程加入到该进程组的队列中时,要对此队列向上迭代 */

    for_each_sched_entity(se) {

        if (se->on_rq)

            break;

        /* 如果不是CONFIG_FAIR_GROUP_SCHED,获取其所在CPU的rq运行队列的cfs_rq运行队列

         * 如果是CONFIG_FAIR_GROUP_SCHED,获取其所在的cfs_rq运行队列

        cfs_rq = cfs_rq_of(se);

        /* 加入到队列中 */

        enqueue_entity(cfs_rq, se, flags);

         * end evaluation on encountering a throttled cfs_rq

         *

         * note: in the case of encountering a throttled cfs_rq we will

         * post the final h_nr_running increment below.

        */

        if (cfs_rq_throttled(cfs_rq))

        cfs_rq->h_nr_running++;

        flags = ENQUEUE_WAKEUP;

    /* 只有se不处于队列中或者cfs_rq_throttled(cfs_rq)返回真才会运行这个循环 */

        update_cfs_shares(cfs_rq);

        update_entity_load_avg(se, 1);

    if (!se) {

        update_rq_runnable_avg(rq, rq->nr_running);

        /* 当前CPU运行队列活动进程数 + 1 */

        add_nr_running(rq, 1);

    /* 设置下次调度中断发生时间 */

    hrtick_update(rq);

  在enqueue_task_fair()函数中又使用了enqueue_entity()函数进行操作,如下:

enqueue_entity(struct cfs_rq *cfs_rq, struct sched_entity *se, int flags)

     * Update the normalized vruntime before updating min_vruntime

     * through calling update_curr().

    if (!(flags & ENQUEUE_WAKEUP) || (flags & ENQUEUE_WAKING))

        se->vruntime += cfs_rq->min_vruntime;

     * Update run-time statistics of the 'current'.

    /* 更新当前进程运行时间和虚拟运行时间 */

    enqueue_entity_load_avg(cfs_rq, se, flags & ENQUEUE_WAKEUP);

    /* 更新cfs_rq队列总权重(就是在原有基础上加上se的权重) */

    account_entity_enqueue(cfs_rq, se);

    update_cfs_shares(cfs_rq);

    /* 新建的进程flags为0,不会执行这里 */

    if (flags & ENQUEUE_WAKEUP) {

        place_entity(cfs_rq, se, 0);

        enqueue_sleeper(cfs_rq, se);

    update_stats_enqueue(cfs_rq, se);

    check_spread(cfs_rq, se);

    /* 将se插入到运行队列cfs_rq的红黑树中 */

    if (se != cfs_rq->curr)

        __enqueue_entity(cfs_rq, se);

    /* 将se的on_rq标记为1 */

    se->on_rq = 1;

    /* 如果cfs_rq的队列中只有一个进程,这里做处理 */

    if (cfs_rq->nr_running == 1) {

        list_add_leaf_cfs_rq(cfs_rq);

        check_enqueue_throttle(cfs_rq);

  需要注意的几点:

新创建的进程先会进行调度相关的结构体和变量初始化,其中会根据不同的类型进行不同的调度类操作,此时并没有加入到队列中。

当新进程创建完毕后,它的父进程会将其运行状态置为TASK_RUNNING,并加入到运行队列中。

加入运行队列时系统会根据CPU的负载情况放入不同的CPU队列中。

继续阅读