linux调度器源码分析 - 初始化(二)

　　当linux启动时，最先会通过汇编代码进行硬件和CPU的初始化，最后会跳转到C代码，而最初跳转到的C代码入口为

/* 代码地址： linux/init/Main.c */

asmlinkage __visible void __init start_kernel(void)

 　　在start_kerenl函数中，进行了系统启动过程中几乎所有重要的初始化(有一部分在boot中初始化，有一部分在start_kernel之前的汇编代码进行初始化)，包括内存、页表、必要数据结构、信号、调度器、硬件设备等。而这些初始化是由谁来负责的？就是由init_task这个进程。init_task是静态定义的一个进程，也就是说当内核被放入内存时，它就已经存在，它没有自己的用户空间，一直处于内核空间中运行，并且也只处于内核空间运行。当它执行到最后，将start_kernel中所有的初始化执行完成后，会在内核中启动一个kernel_init内核线程和一个kthreadd内核线程，kernel_init内核线程执行到最后会通过execve系统调用执行转变为我们所熟悉的init进程，而kthreadd内核线程是内核用于管理调度其他的内核线程的守护线程。在最后init_task将变成一个idle进程，用于在CPU没有进程运行时运行它，它在此时仅仅用于空转。

　　在start_kernel中对调度器进行初始化的函数就是sched_init，其主要工作为

对相关数据结构分配内存

初始化root_task_group

初始化每个CPU的rq队列(包括其中的cfs队列和实时进程队列)

将init_task进程转变为idle进程

　　需要说明的是init_task在这里会被转变为idle进程，但是它还会继续执行初始化工作，相当于这里只是给init_task挂个idle进程的名号，它其实还是init_task进程，只有到最后init_task进程开启了kernel_init和kthreadd进程之后，才转变为真正意义上的idle进程。

/* 代码路径： 内核源代码目录/kernel/sched/Core.c */

/* 执行到此时内核只有一个进程init_task，current就为init_task。之后的init进程在初始化到最后的rest_init中启动 */

void __init sched_init(void)

{

    int i, j;

    unsigned long alloc_size = 0, ptr;

    /* 计算所需要分配的数据结构空间 */

#ifdef CONFIG_FAIR_GROUP_SCHED

    alloc_size += 2 * nr_cpu_ids * sizeof(void **);

#endif

#ifdef CONFIG_RT_GROUP_SCHED

#ifdef CONFIG_CPUMASK_OFFSTACK

    alloc_size += num_possible_cpus() * cpumask_size();

    if (alloc_size) {

        /* 分配内存 */

        ptr = (unsigned long)kzalloc(alloc_size, GFP_NOWAIT);

        /* 设置 root_task_group 每个CPU上的调度实体指针se */

        root_task_group.se = (struct sched_entity **)ptr;

        ptr += nr_cpu_ids * sizeof(void **);

        /* 设置 root_task_group 每个CPU上的CFS运行队列指针cfs_rq */

        root_task_group.cfs_rq = (struct cfs_rq **)ptr;

#endif /* CONFIG_FAIR_GROUP_SCHED */

        /* 设置 root_task_group 每个CPU上的实时调度实体指针se */

        root_task_group.rt_se = (struct sched_rt_entity **)ptr;

        /* 设置 root_task_group 每个CPU上的实时运行队列指针rt_rq */

        root_task_group.rt_rq = (struct rt_rq **)ptr;

#endif /* CONFIG_RT_GROUP_SCHED */

        for_each_possible_cpu(i) {

            per_cpu(load_balance_mask, i) = (void *)ptr;

            ptr += cpumask_size();

        }

#endif /* CONFIG_CPUMASK_OFFSTACK */

    }

    /* 初始化实时进程的带宽限制，用于设置实时进程在CPU中所占用比的 */

    init_rt_bandwidth(&def_rt_bandwidth,

            global_rt_period(), global_rt_runtime());

    init_dl_bandwidth(&def_dl_bandwidth,

#ifdef CONFIG_SMP

    /* 初始化默认的调度域，调度域包含一个或多个CPU，负载均衡是在调度域内执行的，相互之间隔离 */

    init_defrootdomain();

    init_rt_bandwidth(&root_task_group.rt_bandwidth,

#ifdef CONFIG_CGROUP_SCHED

    /* 将分配好空间的 root_task_group 加入 task_groups 链表 */

    list_add(&root_task_group.list, &task_groups);

    INIT_LIST_HEAD(&root_task_group.children);

    INIT_LIST_HEAD(&root_task_group.siblings);

    /* 自动分组初始化，每个tty(控制台)动态的创建进程组，这样就可以降低高负载情况下的桌面延迟 */

    autogroup_init(&init_task);

#endif /* CONFIG_CGROUP_SCHED */

    /* 遍历设置每一个CPU */

    for_each_possible_cpu(i) {

        struct rq *rq;

        /* 获取CPUi的rq队列 */

        rq = cpu_rq(i);

        /* 初始化rq队列的自旋锁 */

        raw_spin_lock_init(&rq->lock);

        /* CPU运行队列中调度实体(sched_entity)数量为0 */

        rq->nr_running = 0;

        /* CPU负载 */

        rq->calc_load_active = 0;

        /* 负载下次更新时间 */

        rq->calc_load_update = jiffies + LOAD_FREQ;

        /* 初始化CFS运行队列 */

        init_cfs_rq(&rq->cfs);

        /* 初始化实时进程运行队列 */

        init_rt_rq(&rq->rt, rq);

        init_dl_rq(&rq->dl, rq);

        root_task_group.shares = ROOT_TASK_GROUP_LOAD;

        INIT_LIST_HEAD(&rq->leaf_cfs_rq_list);

        /*

         * How much cpu bandwidth does root_task_group get?

         *

         * In case of task-groups formed thr' the cgroup filesystem, it

         * gets 100% of the cpu resources in the system. This overall

         * system cpu resource is divided among the tasks of

         * root_task_group and its child task-groups in a fair manner,

         * based on each entity's (task or task-group's) weight

         * (se->load.weight).

         * In other words, if root_task_group has 10 tasks of weight

         * 1024) and two child groups A0 and A1 (of weight 1024 each),

         * then A0's share of the cpu resource is:

         * A0's bandwidth = 1024 / (10*1024 + 1024 + 1024) = 8.33%

         * We achieve this by letting root_task_group's tasks sit

         * directly in rq->cfs (i.e root_task_group->se[] = NULL).

         */

        /* 初始化CFS的带宽限制，用于设置普通进程在CPU中所占用比的 */

        init_cfs_bandwidth(&root_task_group.cfs_bandwidth);

        init_tg_cfs_entry(&root_task_group, &rq->cfs, NULL, i, NULL);

        rq->rt.rt_runtime = def_rt_bandwidth.rt_runtime;

        init_tg_rt_entry(&root_task_group, &rq->rt, NULL, i, NULL);

        /* 初始化该队列所保存的每个CPU的负载情况 */

        for (j = 0; j CPU_LOAD_IDX_MAX; j++)

            rq->cpu_load[j] = 0;

        /* 该队列最后一次更新cpu_load的时间值为当前 */

        rq->last_load_update_tick = jiffies;

        /* 这些参数都是负载均衡使用的 */

        rq->sd = NULL;

        rq->rd = NULL;

        rq->cpu_capacity = SCHED_CAPACITY_SCALE;

        rq->post_schedule = 0;

        rq->active_balance = 0;

        rq->next_balance = jiffies;

        rq->push_cpu = 0;

        rq->cpu = i;

        rq->online = 0;

        rq->idle_stamp = 0;

        rq->avg_idle = 2*sysctl_sched_migration_cost;

        rq->max_idle_balance_cost = sysctl_sched_migration_cost;

        INIT_LIST_HEAD(&rq->cfs_tasks);

        /* 将CPU运行队列加入到默认调度域中 */

        rq_attach_root(rq, &def_root_domain);

#ifdef CONFIG_NO_HZ_COMMON

        /* 动态时钟使用的标志位，初始时动态时钟是不使用的 */

        rq->nohz_flags = 0;

#ifdef CONFIG_NO_HZ_FULL

        /* 也是动态时钟才使用的标志位，用于保存上次调度tick发生时间 */

        rq->last_sched_tick = 0;

        /* 初始化运行队列定时器，这个是高精度定时器，但是只是初始化，这时并没有使用 */

        init_rq_hrtick(rq);

        atomic_set(&rq->nr_iowait, 0);

    /* 设置 init_task 进程的权重 */

    set_load_weight(&init_task);

#ifdef CONFIG_PREEMPT_NOTIFIERS

    /* 初始化通知链 */

    INIT_HLIST_HEAD(&init_task.preempt_notifiers);

    /*

     * The boot idle thread does lazy MMU switching as well:

     */

    atomic_inc(&init_mm.mm_count);

    enter_lazy_tlb(&init_mm, current);

     * Make us the idle thread. Technically, schedule() should not be

     * called from this thread, however somewhere below it might be,

     * but because we are the idle thread, we just pick up running again

     * when this runqueue becomes "idle".

    /* 将当前进程初始化为idle进程，idle进程用于当CPU没有进程可运行时运行，空转 */

    init_idle(current, smp_processor_id());

    /* 下次负载更新时间(是一个相对时间) */

    calc_load_update = jiffies + LOAD_FREQ;

     * During early bootup we pretend to be a normal task:

    /* 设置idle进程使用CFS调度策略 */

    current->sched_class = &fair_sched_class;

    zalloc_cpumask_var(&sched_domains_tmpmask, GFP_NOWAIT);

    /* May be allocated at isolcpus cmdline parse time */

    if (cpu_isolated_map == NULL)

        zalloc_cpumask_var(&cpu_isolated_map, GFP_NOWAIT);

    idle_thread_set_boot_cpu();

    set_cpu_rq_start_time();

    init_sched_fair_class();

    /* 这里只是标记调度器开始运行了，但是此时系统只有一个init_task(idle)进程，并且定时器都还没启动。并不会调度到其他进程，也没有其他进程可供调度 */

    scheduler_running = 1;

}

　　调度器的初始化还是比较简单的，毕竟调度器的核心不在此，重头戏在它的运行时处理，之后的文章会详细分析调度器的运行时处理。