16 | 调度（中）：主动调度是如何发生的？

精选留言(26)

• 

  why

  - 调度, 切换运行进程, 有两种方式
      - 进程调用 sleep 或等待 I/O, 主动让出 CPU
      - 进程运行一段时间, 被动让出 CPU
  - 主动让出 CPU 的方式, 调用 schedule(), schedule() 调用 __schedule()
      - __schedule() 取出 rq; 取出当前运行进程的 task_struct
      - 调用 pick_next_task 取下一个进程
          - 依次调用调度类(优化: 大部分都是普通进程), 因此大多数情况调用 fair_sched_class.pick_next_task[_fair]
          - pick_next_task_fair 先取出 cfs_rq 队列, 取出当前运行进程调度实体, 更新 vruntime
          - pick_next_entity 取最左节点, 并得到 task_struct, 若与当前进程不一样, 则更新红黑树 cfs_rq
      - 进程上下文切换: 切换进程内存空间, 切换寄存器和 CPU 上下文(运行 context_switch)
          - context_switch() -> switch_to() -> __switch_to_asm(切换[内核]栈顶指针) -> __switch_to()
          - __switch_to() 取出 Per CPU 的 tss(任务状态段) 结构体
          - > x86 提供以硬件方式切换进程的模式, 为每个进程在内存中维护一个 tss, tss 有所有寄存器, 同时 TR(任务寄存器)指向某个 tss, 更改 TR 会触发换出 tss(旧进程)和换入 tss(新进程), 但切换进程没必要换所有寄存器
          - 因此 Linux 中每个 CPU 关联一个 tss, 同时 TR 不变, Linux 中参与进程切换主要是栈顶寄存器
          - task_struct 的 thread 结构体保留切换时需要修改的寄存器, 切换时将新进程 thread 写入 CPU tss 中
          - 具体各类指针保存位置和时刻
              - 用户栈, 切换进程内存空间时切换
              - 用户栈顶指针, 内核栈 pt_regs 中弹出
              - 用户指令指针, 从内核栈 pt_regs 中弹出
              - 内核栈, 由切换的 task_struct 中的 stack 指针指向
              - 内核栈顶指针, __switch_to_asm 函数切换(保存在 thread 中)
              - 内核指令指针寄存器: 进程调度最终都会调用 __schedule, 因此在让出(从当前进程)和取得(从其他进程) CPU 时, 该指针都指向同一个代码位置.

  2019-05-03

  

   29
• 

  安排

  proc文件系统里面可以看运行时间和切换次数，还可以看自愿切换和非自愿切换次数。
  
  老师请教一个问题，A切到B, B切到C，C切到A，当最后切换回A的时候，A要知道自己是从C切换过来的，也就是last，这样做的目的是什么呢？A要对C做什么善后操作吗？

  作者回复: 是的 finish_task_switch完成清理工作

  2019-05-03

  

   9
• 

  刘強

  看了三遍，因为有一些基础，大概明白了。我觉得有个地方很巧妙。当函数返回的时候，由于切换了上下文，包括栈指针，所以一个进程函数执行return返回到了另一个进程，也就是完成了进程的切换。由此也可以看出，cpu也是比较"笨的"，它只提供了基本的机制，至于如何利用这种机制，玩出花样，那就是各个操作系统自由发挥了。

  作者回复: 是的，这一点比较绕

  2019-05-05

  

   7
• 

  coyang

  vmstat 、 pidstat 和 /proc/interrupts可以查看进程的上下文切换。

  2019-05-03

  

   3
• 

  憨人

  进程切换需要搞明白：我从哪里来，我要到哪里去

  作者回复: 这句话赞

  2019-05-17

  

   1
• 

  尚墨

  刘老师，每个用户的进程都会被分配一个内核栈吗？

  作者回复: 是的

  2019-05-08

  

   1
• 

  一笔一画

  老师，我还是对三个参数不解，A->B->C，如果再来一个D怎么办？

  作者回复: 不影响，这里只站在a的角度看问题，从a到b，让后中间经历一万个进程，然后到c再到a，也是这个样子的

  2019-05-03

  

   1
• 

  neohope

  老师您好，对于进程切换这样理解对吗：
  
  假设单核环境下，进程切换顺序为：A->B->C->A
  
  //A->B时三个参数的值为prev=A,next=B
  //而且这句话是在A里面运行的
  switch_to(prev, next, prev);
  
  //第二句话保证执行顺序
  barrier();
  
  //第一句话与第三句话之间，CPU时间给到B、C进程，A进程等待
  //进程C调用了switch_to以后，prev=C
  //CPU时间给到A，A继续执行
  return finish_task_switch(prev);
  
  另外，其实是内核需要知道切换顺序，并非是用户态的进程需要知道切换顺序，我这样理解对吗？
  

  2019-12-09

  

  
• 

  陈志恒

  摘抄：这一节我们讲主动调度的过程，也即一个运行中的进程主动调用 __schedule 让出 CPU。在 __schedule 里面会做两件事情，第一是选取下一个进程，第二是进行上下文切换。而上下文切换又分用户态进程空间的切换和内核态的切换。

  2019-11-25

  

  
• 

  秋天

  表示 已经更不上思路了 代码也看不太懂 请刘总指点

  2019-10-30

  

  
• 

  JT

  个人对于最后一部分指令指针的理解：每个进程都会调用schedule函数进行调度，那么在调用schedule函数的时候，相应的调用过程都会被压入内核栈中，schedule切换进程仅仅只是切换内核栈，而当schedule返回的时候，就会返回到内核栈中压入的函数（此内核栈为切换后进程的内核栈，所以会返回到切换后进程调用schedule时候的函数位置）

  2019-09-29

  

  
• 

  石将从

  指针指令这块很懵，先跳过吧

  2019-09-20

  

  
• 

  天王

  调度中 1 进程调度 做着做着A项目，然后去做B项目去了，主要有2种方式，一种是A项目，sleep休息一会，或者在等待IO操作，让出CPU去做B项目，这种叫主动调度，另一种是另一种是A项目做的时间长，B项目也需要做一下，就把CPU让给A项目。2 主动调度 2.1 常见的2种场景，btrfs btree的文件系统 ，在文件写入的时候，写入需要一段时间，不需要CPU，还不如让给其他线程，另一种场景 从tap网络设备准备一个读取，当没有数据到来，需要等待，也可以把CPU让给其他进程。计算机主要处理计算，网络，存储3个方面，计算主要是CPU和内存，存储和网络，多是和外部设备的合作，在操作外部设备的时候，一般会让出CPU，选择调用schedule函数。3 schedule函数的调用过程 3.1 schedule有一个主函数，_schedule函数，函数定义如下：struct task_struct *prev，*next，long *switch_count，struct rq_flags rf;struct rq *rq;int cpu;cpu=smp_processor_id();rq=cpu_rq(cpu);prev=rq->curr;3.2 首先在当前CPU上取出任务队列rq，将prev只向当前的进程curr，因为一旦切换下来，就成前任了，3.3取出下一个任务 next=pick_next_task，大部分是普通进程，调用的是fair_schedule_class类，调用的是pick_next_task_fair，cfs_rq ，schedule_entity se，task_struct *p，int new_tasks，对于cfs调度类，取出相应的队列cfs_rq，取出当前正在运行的任务curr，如果进程处于运行状态，则调用update_curr更新vruntime，然后pick_next_entity取出红黑树最左边的节点，se=pick_next_entity(cfs_rq,curr);p=task_of(se);得到下一个调度实体对应的task_struct，如果发现和前任不一样，更新前任的vruntime，put_prev_entity放回红黑树，set_next_entity将设为当前任务，开始进行上下文切换，继任者进程开始正式运行。4 进程上下文切换 进程切换主要干2件事情，一是切换进程空间，二是切换寄存器和CPU上下文，4.1 context_switch函数，主要是内存空间的切换，switch_to 寄存器和栈的切换，他调用到了_switch_to_asm，栈的切换，切换的是栈顶指针。switch_to函数里面有一个Per CPU的结构体tss task state segment，这里面维护着所有的寄存器，还有一个tr 任务寄存器，指向某个进程的TSS，会给每个CPU都关联一个tss，有一个tr一直指向tss，在linux中参与进程切换的只有栈顶指针寄存器，有一个成员变量thread_struct thread，指向进程切换时需要切换的寄存器，进程切换，就是将tss的值更新到cpu里的TR指向的tss_struct。5指令指针的保存与恢复 ，5.1 从进程A切换到进程B，切换内存空间的时候，在内存空间里的用户栈已经切换，_switch_to里面将_curren_task指向当前的task_struct，里面的void * stack指针指向的就是内核栈，_switch_to_asm已经切换了栈顶指针，并且在_switch_to_加载到了tss里面，用户栈的栈顶指针，如果当前在内核栈，那他在内核栈顶部的pt_regs，当从内核返回用户态的时候，pt_regs里面所有的在用户态开始运行的上下文信息，就可以开始运行了。5.2 进程的调度都会调用_schedule函数，进程调度第一定律

  2019-09-04

  

  
• 

  俩孩儿他爸

  "通过三个变量 switch_to(prev = A, next=B，last = C);A 进程就明白了，我当时被切换走的时候，是切换成 B，这次切换回来，是从 C 回来的"；这段话中，进程A从进程C切换回来时，进程A内核栈中变量的定义:prev=last=C，netxt=B，由于当前就是在进程A的地址空间里，所以，可以进程A可以说，当年我被切换到进程B，现在，由进程C又切换回来了。
  
  
  
  

  作者回复: 是的

  2019-08-26

  

  
• 

  kdb_reboot

  看起来ps 里面的TIME就是进程的 cpu runtime吧; 查看上下文切换,可以用cat /proc/x/status

  作者回复: 赞

  2019-07-27

  

  
• 

  kdb_reboot

  补充一下,看了最后的那张图,感觉切换,就是切内核态的 stack/rsp/pc, 这样下一个任务就能找到在哪执行了,以及继续怎么执行, 而内核态共享一片内存空间,所以不需要mm_switch,切换完了,返回用户态,用户态的stack/rsp/pc都被切换了, 而用户态的内存空间需要单独切换
  老师,我理解的对吧?

  作者回复: 是的

  2019-07-27

  

  
• 

  kdb_reboot

  关于指令指针的讲解,厉害了...
  专栏有时候可以反者看, 先看最后总结,然后往上顺藤模块看你的分析
  同时在读的书:lkd/ulk, 推荐给大家

  作者回复: 先看总结也挺好的

  2019-07-27

  

  
• 

  garlic

  通过ps -o etime= -p "$$" 可以 查看，进程的运行时间， 通过/proc/{pid}/status 中的 voluntary_ctxt_switches: nonvoluntary_ctxt_switches: 可以看到主动调度和抢占调度的次数， 也可以单独安装sysstat 使用pidstat -w 查看相关进程的调度信息 https://garlicspace.com/2019/07/20/查看进程运行时间及上下文切换次数/
  
  

  作者回复: 赞

  2019-07-20

  

  
• 

  栋能

  我有两个问题，希望老师解解惑：
  1.文中说进程切换会从红黑树中找到最左结点，如果不等于当前进程，则切换。但如果更新vruntime之后，树结构还是没变呢，即最左还是等于当前进程，那我当前进程切换不是又没效果了吗？（这点有疑问，是我理解vruntime是公平的，但主动调度一定存在某种情况，如vruntime变化不大，树结构不变的？）
  2.在指令指针的恢复与保存这部分内容中，你说A调用__schedule进行切换，在运行到finish_task_switch时进程已经是B了。你觉得这里没有问题，是因为A、B进程都是调用过__schedule方法进行进程切换，最后都执行finish_task_switch就是圆满了。可是进程切换除了主动调用之外，还有时间片用完，如B进程可能并没有调用过__schedule，那如果A进程切换，导致B进程执行finish_task_switch方法，那这是不是个问题呢？本来进程B并不需要执行它的。

  作者回复: 1.如果最左面的节点还是自己，并且自己还能运行，也即还是running状态，那就接着运行，说明时间片用完了，但是没有更加高级的需要运行，如果是等待IO，那就不是running状态，则不在树中。
  
  2.调度第一定律，B如果当年被调度走，哪怕是时间片到，也是调用了schedule的

  2019-07-16

   4

  
• 

  雲至

  老师能具体编译一个讲下吗？

  作者回复: 编译内核，后面会有相应的章节

  2019-06-29

  

  