linux调度器（一）——概述

本次分析的kernel代码为2.6.32-220。并且我们先不考虑SMP。当前linux的调度程序由两个调度器组成：主调度器，周期性调度器（两者又统称为核心调度器）；并且每个调度器包括两个内容：调度框架（其实质就是两个函数框架）及调度器类。调度器类是实现了不同调度策略的实例，如 CFS、RT class。它们的关系如下图：

图 调度器的组成

当前的内核支持两种调度器类（sched_setscheduler系统调用可修改进程的策略）：CFS（公平）、RT（实时）；5种调度策略：SCHED_NORAML（最常见的策略）、SCHED_BATCH（除了不能抢占外与常规任务一样，允许任务运行更长时间，更好地使用高速缓存，适合于成批处理的工作）、SCHED_IDLE（它甚至比nice 19还有弱，为了避免优先级反转使用）和SCHED_RR（循环调度，拥有时间片，结束后放在队列末）、SCHED_FIFO（没有时间片，可以运行任意长的时间）；其中前面三种策略使用的是cfs调度器类，后面两种使用rt调度器类。
         另外，对于调度框架及调度器类，它们都有自己管理的运行队列，调度框架只识别rq（其实它也不能算是运行队列），而对于cfs调度器类它的运行队列则是cfs_rq（内部使用红黑树组织调度实体），实时rt的运行队列则为rt_rq（内部使用优先级bitmap+双向链表组织调度实体）。下图调度器相关的几个数据结构的关系：

图 调度器结构关系图

    Rq表示调度框架上的运行队列（它本身并没有真正组织调度实体，而是它下面的cfs及rq两个成员负责组织真正的调度实体），在多核处理器上每个cpu有一个rq结构.
rq#cpu运行队列，每个cpu一个
nr_running：表示总共就绪的进程数（包括cfs，rq及正在运行的）
cpu_load[]：表示该rq所在cpu的历史load，一般有5个
load：表示当前cpu的load，这个load是它所有就绪进程的load之和（同样包括cfs,rq及正在运行的）
nr_swithces：进行上下文切换的次数
cfs：该rq所包括的cfs_rq运行队列，这个是所有cfs_rq的root

rt：与上面的cfs类似
curr：当前正在运行的进程（这里不是se，注意跟cfs_rq的curr区分开来）
clock：运行队列的时钟，这个时钟是后面cfs,rq所使用的时钟，也是大多数proc显然的时间相关的时钟
cpu：该rq所属的cpu
leaf_cfs_rq_list：如果使用的cgroup来创建嵌套的group，那么这个group的cfs_rq通过该变量组织，注：每个cgroup都有一个cfs_rq

cfs_rq#cfs调度器类的运行队列
load：该cfs_rq的load，它只计算它本层下面的se的weight之和，并不是这个se的load，也不是递归到叶子节点上的所有se weight之和（理解这点非常重要），这里有两个概念要区分清楚：se的load与se的weight，之所以会有这两个区别是因为组调度的存在，对于一个组它本身也是一个se，它也有一个cfs_rq，所以对于组它的se->weight其实就是我们设置cgroup的cpu.shares的一个均值（cpu.shares是保存在tg->shares，而se->weight是通过update_cfs_shares计算出来的，如果它下面的se在一个cpu里，那么它们就相等，否则…还不清楚到底为什么那样算的？），而它的cfs_rq的load，则是它下面所有se的weight之和；对于普通的进程，则它本身没有cfs_rq（它有所属的cfs_rq），所以它没有cfs_rq load，只有weight
nr_running：就绪的进程数，只包括本层的（包括正在运行的）
h_nr_running：只对于组才有效，包括底层所有cfs_rq的nr_running之和
exec_lock：该cfs_rq总共占用的cpu时间（物理），只累计本层
min_vruntime：用于调整se的vruntime，它是递增的，但不一定是该cfs_rq里所有se最小
tasks_timeline：该cfs_rq的红黑树root
rb_leftmost：红黑树的最左边节点
curr：当前运行的se（对于组虽然它不会在cpu上运行，但是当它的下层有一个task在cpu上运行，那么它所在的cfs_rq就把它当做是该cfs_rq上当前正在运行的se）
rq：该cfs_rq当前所attach的cpu rq
tg：该cfs_rq所属的task group，即所属的组，通过该成员可以找到该cfs_rq对应的组在该cpu上所属的se，即该cfs_rq自身的se

sched_entity#调度实体
load：调度实体自身的load，对于普通进程这个load跟优先级成正比，优先级高的，load大，通过prio_to_weight[]表可以查找到它们的对应关系（注意与cfs_rq的load区分开）
run_node：红黑树节点
on_rq：表示是否在运行队列或正在执行（当前执行的进程是不保存在红黑树里，但它的on_rq还是标志着的，记住这个也很关键）
exec_start：这个并不是表示进程开始执行的时候，而是每次update_curr都会更新该时钟为当前rq的clock，它主要用于计算上次执行update_curr到这次再执行，总共发的cpu clock，然后再把这个差值加到sum_exec_runtime
sum_exec_runtime：进程总共执行的cpu clock（占用cpu的物理时间）
prev_sum_exec_runtime：上次该进程被调度时已经占用的cpu时间（每次在调度一个新的进程时都会把它的se->prev_sum_exec_runtime = se->sum_exec_runtime），所以sum_exec_runtime- prev_sum_exec_runtime就是这次调度占用cpu的clock
vruntime：虚拟时间（实现CFS最关键的东西），简单的理解它是执行的cpu clock的一个虚拟值，这个变换与进程的权重成反比
parent：该se的上级se（只对组调度有用）
cfs_rq：该se就绪时所属的cfs_rq，在不同cpu上该值是不一样的（即cfs_rq_of(se)找到的是se所在的父se的my_q）
my_q：该se下面的管理的se组成的cfs_rq（只对组调度有用），这个与cfs_rq的区别很重要，它是该se本身所管理的所有下级se所组成的运行队列，而cfs_rq则是该se所属的父级运行队列

task_group#组结构体，每个group都有一个task_group结构
se：该tg在每个cpu上的se
cfs_rq：该tg在每个cpu上的cfs_rq
shares：我们用cgroup设置cpu.shares的值

对于实时调度类也是一样的，它也是支持组调度的，它的运行队列是使用rt_prio_array active组织的，即bitmap+lists，我们在介绍RT类的时候再详细介绍。这些字段的含义也是proc字段的意思，所以理解这些对于理解proc信息很有帮助。