DragonOS/docs/kernel/sched/core.md

进程调度器相关的api

   定义了DragonOS的进程调度相关的api，是系统进行进程调度的接口。同时也抽象出了Scheduler的trait，以供具体的调度器实现。

调度器介绍

   一般来说，一个系统会同时处理多个请求，但是其资源是优先的，调度就是用来协调每个请求对资源的使用的方法。

整体架构

  整个调度子系统以树形结构来组织，每个CPU都会管理这样一棵树，每个CPU的CpuRunQueue即可以理解为树的根节点。每个CpuRunQueue下会管理着不同调度策略的子树，根据不同的调度策略深入到对应子树中实施调度。大体结构如下：

• CpuRunQueue
  • Cfs
    • CfsRunQueue
      • FairSchedEntity
        • CfsRunQueue
          • ...（嵌套）
  • Rt
    • ...
  • Idle
    • ...
  • RR
    • ...
  • ...

  基于这个结构，调度子系统能够更轻松地解耦以及添加其他调度策略。   

重要结构

• Scheduler:   Scheduler是各个调度算法提供给上层的接口，实现不同的调度算法，只需要向外提供这样一组接口即可。

• CpuRunQueue:   CpuRunQueue为总的CPU运行队列，他会根据不同的调度策略来进行调度。他作为调度子系统的根节点来组织调度。

  • 重要字段
    • lock: 过程锁，因为在深入到具体调度策略后的调度过程中还会需要访问CpuRunQueue中的信息，在cfs中保存了CpuRunQueue对象，我们需要确保在整体过程上锁后，子对象中不需要二次加锁即可访问，所以过程锁比较适合这个场景，若使用对象锁，则在对应调度策略中想要访问CpuRunQueue中的信息时需要加锁，但是最外层已经将CpuRunQueue对象上锁，会导致内层永远拿不到锁。对于该字段，详见CpuRunQueue的self_lock方法及其注释。
    • cfs: Cfs调度器的根节点，往下伸展为一棵子树，详见完全公平调度文档。
    • current: 当前在CPU上运行的进程。
    • idle: 当前CPU的Idle进程。

调度流程

  一次有效的调度分两种情况，第一是主动调用__schedule或者schedule函数进行调度，第二是通过时钟中断，判断当前运行的任务时间是否到期。

• 主动调度

  • __schedule和schedule函数：
    • __schedule:真正执行调度。会按照当前调度策略来选择下一个任务执行。
    • schedule: __schedule的上层封装，它需要该任务在内核中的所有资源释放干净才能进行调度，即判断当前进程的preempt_count是否为0，若不为0则会panic。
    • 参数：这两个函数都需要提供一个参数：SchedMode。用于控制此次调度的行为,可选参数主要有以下两个：
      • SchedMode::SM_NONE: 标志当前进程没有被抢占而是主动让出，他不会被再次加入队列，直到有其他进程主动唤醒它，这个标志位主要用于信号量、等待队列以及一些主动唤醒场景的实现。
      • SchedMode::SM_PREEMPT:标志当前是被抢占运行的，他会再次被加入调度队列等待下次调度，通俗来说：它是被别的进程抢占了运行时间，有机会运行时他会继续执行。

• 时钟调度   时钟中断到来的时候，调度系统会进行更新，包括判断是否需要下一次调度。以下为主要的函数调用栈：

  • LocalApicTimer::handle_irq: 中断处理函数

    • ProcessManager::update_process_times: 更新当前进程的时钟信息（统计运行时等）
      • scheduler_tick: 调度子系统tick入口
      • CompletelyFairScheduler::tick: 以cfs为例，此为cfs调度算法的tick入口
        • CfsRunQueue::entity_tick: 对所有调度实体进行tick
          • CfsRunQueue::update_current: 更新当前运行任务的运行时间及判断是否到期
          • CfsRunQueue::account_cfs_rq_runtime: 计算当前队列的运行时间
            • CpuRunQueue::resched_current: 若上一步计算的时间超时则到这一步，这里会设置进程标志为NEED_SCHEDULE.

  • 退出中断：退出中断时检查当前进程是否存在标志位NEED_SCHEDULE，若存在则调用__schedule进行调度。