关于嵌入式Linux系统进程调度.docx

关于嵌入式Linux系统进程调度时间:2009-05-12 23:32来源:Linux Website 作者:尚观 点击: 294次摘 要: 本文结合源代码着重分析了Linux进程调度的依据、策略和调度程序schedule()。 关键词: 嵌入式Linux；进程调度；实时进程；调度策略。 前言 处理机（CPU）是整个计算机系统的核 摘 要:本文结合源代码着重分析了Linux进程调度的依据、策略和调度程序schedule()。 关键词: 嵌入式Linux；进程调度；实时进程；调度策略。 前言 处理机（CPU）是整个计算机系统的核心资源，在多进程的操作系统中，进程数往往多于处理机数，这将导致各进程互相争夺处理机。进程调度对系统功能的实现及各方面的性能都有着决定性的影响，其实质就是把处理机公平、合理、高效地分配给各个进程。调度是实现多任务并发执行的必要手段，不同的操作系统有着不同的调度目标。在传统的Unix类分时系统中，保证多个进程公平地使用系统资源，提供较好的响应时间是调度的主要目标；而在强实时操作系统中，总是优先级高的任务优先获得处理机的使用权。 Linux具有内核稳定、功能强大、可裁减、低成本等特点，非常适合嵌入式应用。但是Linux内核本身并不具备强实时特性，且内核体积较大，因此，想要把Linux用于嵌入式系统，必须对Linux进行实时化、嵌入式化。Linux结合实时进程和非实时进程（普通进程）自身的特点，综合了上述几种调度策略，实现了高效、灵活的进程调度。 Linux进程调度分析 2.1Linux进程状态的描述 Linux将进程状态描述为如下五种： TASK_RUNNING：可运行状态。处于该状态的进程可以被调度执行而成为当前进程。 TASK_INTERRUPTIBLE：可中断的睡眠状态。处于该状态的进程在所需资源有效时被唤醒，也可以通过信号或定时中断唤醒。 TASK_UNINTERRUPTIBLE：不可中断的睡眠状态。处于该状态的进程仅当所需资源有效时被唤醒。 TASK_ZOMBIE：僵尸状态。表示进程结束且已释放资源，但其task_struct仍未释放。 TASK_STOPPED：暂停状态。处于该状态的进程通过其他进程的信号才能被唤醒。 2调度方式 Linux中的每个进程都分配有一个相对独立的虚拟地址空间。该虚存空间分为两部分：用户空间包含了进程本身的代码和数据；内核空间包含了操作系统的代码和数据。 Linux采用“有条件的可剥夺”调度方式。对于普通进程，当其时间片结束时，调度程序挑选出下一个处于TASK_RUNNING状态的进程作为当前进程（自愿调度）。对于实时进程，若其优先级足够高，则会从当前的运行进程中抢占CPU成为新的当前进程（强制调度）。发生强制调度时，若进程在用户空间中运行，就会直接被剥夺CPU；若进程在内核空间中运行，即使迫切需要其放弃CPU，也仍要等到从它系统空间返回的前夕才被剥夺CPU。 3 调度策略 3.1三种调度策略 (1)SCHED_OTHER。SCHED_OTHER是面向普通进程的时间片轮转策略。采用该策略时，系统为处于TASK_RUNNING状态的每个进程分配一个时间片。当时间片用完时，进程调度程序再选择下一个优先级相对较高的进程，并授予CPU使用权。 （）SCHED_FIFO。SCHED_FIFO策略适用于对响应时间要求比较高，运行所需时间比较短的实时进程。采用该策略时，各实时进程按其进入可运行队列的顺序依次获得CPU。除了因等待某个事件主动放弃CPU，或者出现优先级更高的进程而剥夺其CPU之外，该进程将一直占用CPU运行。 (3)SCHED_RR。SCHED_RR策略适用于对响应时间要求比较高，运行所需时间比较长的实时进程。采用该策略时，各实时进程按时间片轮流使用CPU。当一个运行进程的时间片用完后，进程调度程序停止其运行并将其置于可运行队列的末尾。 3.2 进程调度依据 Linux只有一个可运行队列，处于TASK_RUNNING状态的实时进程和普通进程都加入到这个可运行队列中。Linux的进程调度采用了动态优先级和权值调控的方法，既可实现上述三种调度策略，又能保证实时进程总是比普通进程优先使用CPU。描述进程的数据结构task_struct中用以下几个数据作为调度依据： Struct task_struct volatile long need_resched; /*是否需要重新调度*/long counter; /*进程当前还拥有的时间片*/long nice; /*普通进程的动态优先级，来自UNIX系统*/unsigned long policy; /*进程调度策略*/unsigned long rt_priority; /*实时进程的优先级*/；counter的值是动态变化的，进程运行时，每一个时钟滴答后，其值减1。当counter值为0时，表示该进程时间片已用完，该进程回到可运行队列中，等待再次调度。 为保证实时进程优于普通进程，Linux采取加权处理法。在进程调度过程中，每次选取下一个运行进程时，调度程序首先给可运行队列中的每个进程赋予一个权值weight。普通进程的权值就是其counter和优先级nice的综合，而实时进程的权值是它的rt_priority的值加1000，确保实时进程的权值总能大于普通进程。调度程序检查可运行队列中所有进程的权值，选取权值最大者作为下一个运行进程，保证了实时进程优先于普通进程获得CPU。Linux使用内核函数goodness()对进程进行加权处理： Static inline goodness (struct task_struct * pint this_cpu, struct mm_struct *this_mm) Int weight; Weight=-1;/*判断如果任务的调度策略被置为SCHED_YIELD的话，则置权值为1，返回。系统调用SCHED_YIELD表示为“礼让”进程，其权值为最低*/If (p-policy & SCHED_YIELD) goto out;/*先对普通进程进行处理（由于多数是普通进程，这样做有利于提高系统效率）*/If (p-policy=SCHED_OTHER) weight=p-counter; /*返回权值为进程的counter值*/*如果当前进程的counter为0，则表示当前进程的时间片已用完，直接返回*/If (! weight) Goto out;#Ifdef CONFIG_SMP If (p-processor=this_cpu) Weight+=PROC_CHANGE_PENALTY;#Endif/*对进程权值进行微调，如果进程的内存空间使用当前正在运行的进程的内存空间，则权值额外加1*/ If (p-mm=this_mm|! p-mm) Weight+=1;/*将权值加上20与进程优先级nice的差。普通进程的权值主要由counter值和nice值组成*/Weight+=20-p-nice; Goto out; /*对实时进程进行处理，返回权值为rt_priority+1000，确保优先级高于普通进程*/Weight=1000+p-rt_priority; Out:return weight;从goodness()函数可以看出，对于普通进程，其权值主要取决于剩余的时间配额和nice两个因素。nice的规定取值范围为19-20，只有特权用户才能把nice值设为负数，而表达式（20-p-nice）掉转方向成为140。所以，综合的权值在时间片尚未用完时基本上是两者之和。如果是内核进程，或者其用户空间与当前进程相同，则权值将额外