Linux 进程管理实时调度类及SMP和NUMA

文章目录

一、实时调度类分析
- 1.1 实时调度实体sched_rt_entity数据结构
- 1.2 实时调度类rt_sched_class数据结构
- 1.3 实时调度类功能函数
二、SMP和NUMA
- 2.1 SMP（多对称处理器结构，UMA）
- 2.2 NUMA（非一致内存访问结构）
- 2.3 CPU域初始化

一、实时调度类分析

1.1 实时调度实体sched_rt_entity数据结构

表示实时调度实体，包含整个实时调度数据信息。具体内核源码如下：

// 表示实时调度实体
struct sched_rt_entity {
	struct list_head		run_list; // 用于加入优先级队列当中
	unsigned long			timeout; // 设置时间超时
	unsigned long			watchdog_stamp; // 记录jiffies值
	unsigned int			time_slice; // 记录时间片
	unsigned short			on_rq;
	unsigned short			on_list;

	struct sched_rt_entity		*back; // 临时用于从上往下连接RT调度实体
#ifdef CONFIG_RT_GROUP_SCHED
	struct sched_rt_entity		*parent; // 指向父RT调度实体
	/* rq on which this entity is (to be) queued: */
	// rt_rq:实时类
	struct rt_rq			*rt_rq;  // RT调度实体所属实时运行队列，被调度
	/* rq "owned" by this entity/group: */
	struct rt_rq			*my_q;  // RT调度实体拥有的实时调度队列，用于管理子任务或子组任务
#endif
} __randomize_layout;

1.2 实时调度类rt_sched_class数据结构

数据结构内核源码如下：

const struct sched_class rt_sched_class = {
	.next			= &fair_sched_class,
	.enqueue_task		= enqueue_task_rt, // 将task存放到就绪队列或者尾部
	.dequeue_task		= dequeue_task_rt, // 将task从就绪队列末尾删除
	.yield_task		= yield_task_rt, // 主动放弃执行

	.check_preempt_curr	= check_preempt_curr_rt,

	.pick_next_task		= pick_next_task_rt, // 核心调度器，从就绪队列中选择一个执行
	.put_prev_task		= put_prev_task_rt, // 当任务将要被调度出时执行 
	.set_next_task          = set_next_task_rt,

#ifdef CONFIG_SMP
	.balance		= balance_rt,
	.select_task_rq		= select_task_rq_rt,
	.set_cpus_allowed       = set_cpus_allowed_common,
	.rq_online              = rq_online_rt,
	.rq_offline             = rq_offline_rt,
	.task_woken		= task_woken_rt,
	.switched_from		= switched_from_rt,
#endif

	.task_tick		= task_tick_rt,

	.get_rr_interval	= get_rr_interval_rt,

	.prio_changed		= prio_changed_rt,
	.switched_to		= switched_to_rt,

	.update_curr		= update_curr_rt,

#ifdef CONFIG_UCLAMP_TASK
	.uclamp_enabled		= 1,
#endif
};

1.3 实时调度类功能函数

插入进程：enqueue_task_rt(…) -> ，源码如下：

/*
 * Adding/removing a task to/from a priority array:
 * 更新调度信息，将调度实体插入到相应优先级队列末尾
 */
static void
enqueue_task_rt(struct rq *rq, struct task_struct *p, int flags)
{
	struct sched_rt_entity *rt_se = &p->rt;

	if (flags & ENQUEUE_WAKEUP)
		rt_se->timeout = 0;

	enqueue_rt_entity(rt_se, flags);

	if (!task_current(rq, p) && p->nr_cpus_allowed > 1)
		enqueue_pushable_task(rq, p);
}

选择进程：pick_next_rt_entity(…)，实时调度会选择最高优先级的实时进程来运行，源码如下：

static struct sched_rt_entity *pick_next_rt_entity(struct rq *rq,
						   struct rt_rq *rt_rq)
{
	struct rt_prio_array *array = &rt_rq->active;
	struct sched_rt_entity *next = NULL;
	struct list_head *queue;
	int idx;
	// 首先找到一个可用实体
	idx = sched_find_first_bit(array->bitmap);
	BUG_ON(idx >= MAX_RT_PRIO);

	// 从链表组中找对对应链表
	queue = array->queue + idx;
	next = list_entry(queue->next, struct sched_rt_entity, run_list);

	return next; // 返回找到的运行实体
}

删除进程：dequeue_task_rt(…)，从优先级队列中删除实时进程，并更新调度信息，然后把这个进程添加到队尾。源码如下：

// 删除进程
static void dequeue_task_rt(struct rq *rq, struct task_struct *p, int flags)
{
	struct sched_rt_entity *rt_se = &p->rt;

	update_curr_rt(rq); // 更新调度数据信息等等
	dequeue_rt_entity(rt_se, flags); // 将rt_se从运行队列中删除，然后添加到队列尾部

	dequeue_pushable_task(rq, p); // 从hash表中进行删除
}

二、SMP和NUMA

2.1 SMP（多对称处理器结构，UMA）

在这里插入图片描述
实践证明SMP服务器CPU利用率最高是2-4个CPU

2.2 NUMA（非一致内存访问结构）

在这里插入图片描述

2.3 CPU域初始化

在这里插入图片描述

extern struct cpumask __cpu_possible_mask;
extern struct cpumask __cpu_online_mask;
extern struct cpumask __cpu_present_mask;
extern struct cpumask __cpu_active_mask;
// 表示有多少可以执行的CPU核心
#define cpu_possible_mask ((const struct cpumask *)&__cpu_possible_mask)
// 表示有多少正处于运行状态的CPU核心
#define cpu_online_mask   ((const struct cpumask *)&__cpu_online_mask)
// 表示有多少个具备online条件的CPU核心（不一定都处于online状态，有的CPU核心可能被热插拔）
#define cpu_present_mask  ((const struct cpumask *)&__cpu_present_mask)
// 表示系统中有多少个活跃的CPU核心
#define cpu_active_mask   ((const struct cpumask *)&__cpu_active_mask)