原创 Linux进程调度时机

作者：李智敏,华清远见嵌入式学院上海中心讲师。

Linux的调度程序是一个叫Schedule（）的函数，由它来决定是否要进行进程的切换。而所谓的调度时机则是在什么情况下执行调度程序。
主要有一下几种状况：

1、进程状态转换的时刻：进程终止、进程睡眠；
        2、当前进程的时间片用完时（current->counter=0）；
        3、设备驱动程序
        4、进程从中断、异常及系统调用返回到用户态时；

时机1，进程要调用sleep（）或exit（）等函数进行状态转换，这些函数会主动调用调度程序进行进程调度；
        时机2，由于进程的时间片是由时钟中断来更新的，因此，这种情况和时机4是一样的。
        时机3，当设备驱动程序执行长而重复的任务时，直接调用调度程序。在每次反复循环中，驱动程序都检查need_resched的值，如果必要，则调用调度程序schedule()主动放弃CPU。
        时机4，如前所述，不管是从中断、异常还是系统调用返回，最终都调用ret_from_sys_call（），由这个函数进行调度标志的检测，如果必要，则调用调用调度程序。那么，为什么从系统调用返回时要调用调度程序呢？这当然是从效率考虑。从系统调用返回意味着要离开内核态而返回到用户态，而状态的转换要花费一定的时间，因此，在返回到用户态前，系统把在内核态该处理的事全部做完。

下面简单看一下每个时钟中断发生时内核要做的工作，首先对这个最频繁的调度时机有一个大体了解，然后再详细讨论调度程序的具体工作过程。

每个时钟中断（timer interrupt）发生时，由三个函数协同工作，共同完成进程的选择和切换，它们是：schedule（）、do_timer（）及ret_form_sys_call（）。

schedule（）：进程调度函数，由它来完成进程的选择（调度）；
        do_timer（）：暂且称之为时钟函数，该函数在时钟中断服务程序中被调用，是时钟中断服务程序的主要组成部分，该函数被调用的频率就是时钟中断的频率即每秒钟100次（简称100赫兹或100Hz）；
        ret_from_sys_call（）：系统调用返回函数。当一个系统调用或中断完成时，该函数被调用，用于处理一些收尾工作，例如信号处理、核心任务等等。

这三个函数是如何协调工作的呢？

时钟中断是一个中断服务程序，它的主要组成部分就是时钟函数do_timer（），由这个函数完成系统时间的更新、进程时间片的更新等工作，更新后的进程时间片counter作为调度的主要依据。

在时钟中断返回时，要调用函数ret_from_sys_call（），

在这个函数中有如下几行：

cmpl $0, _need_resched
        jne reschedule
        ……
restore_all:
        RESTORE_ALL

reschedule:
        call SYMBOL_NAME(schedule)
        jmp ret_from_sys_call

这几行的意思很明显：检测 need_resched 标志，如果此标志为非0，那么就转到reschedule处调用调度程序schedule（）进行进程的选择。调度程序schedule（）会根据具体的标准在运行队列中选择下一个应该运行的进程。当从调度程序返回时，如果发现又有调度标志被设置，则又调用调度程序，直到调度标志为0，这时，从调度程序返回时由RESTORE_ALL恢复被选定进程的环境，返回到被选定进程的用户空间，使之得到运行。

以上就是时钟中断这个最频繁的调度时机。讨论这个的主要目的是为了对时机4有个大致的了解。

最后要说明的是，系统调用返回函数ret_from_sys_call（）是从系统调用、异常及中断返回函数通常要调用的函数，但并不是非得调用，对于那些要经常被响应的和要被尽快处理的中断请求信号，为了减少系统开销，处理完成后并不调用 ret_from_sys_call（）（因为很显然的，从这些中断处理程序返回到的用户空间肯定是那个被中断的进程，无需重新选择），并且，它们作的工作要尽可能少，因为响应的频率太高了。

Linux 调度程序和其他的UNIX调度程序不同，尤其是在“nice level”优先级的处理上，与优先权调度（priority高的进程最先运行）不同，Linux用的是时间片轮转调度（Round Robing），但同时又保证了高优先级的进程运行的既快、时间又长（both sooner and longer）。而标准的UNIX调度程序都用到了多级进程队列。大多数的实现都用到了二级优先队列：一个标准队列和一个实时（“real time”）队列。一般情况下，如果实时队列中的进程未被阻塞，它们都要在标准队列中的进程之前被执行，并且，每个队列中，“nice level”高的进程先被执行。

总体上，Linux 调度序程在交互性方面表现很出色，当然了，这是以牺牲一部分“吞吐量”为代价的。