嵌入式Linux进程调度

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为什么要调度？

CPU的核心数量远远少于需要运行的进程数量（比如你的电脑可能只有4-8个CPU核心，但同时运行着上百个进程）。进程调度是操作系统的“大脑”，它负责决定哪个进程在什么时候使用CPU，用多久。

什么时候会触发调度？

调度器主要在以下几种情况下被触发，决定是否要切换进程：

1. 主动让出：进程执行完毕、主动休眠（如等待I/O操作完成）、或主动调用 yield()。
2. 被迫抢占：进程用完了系统分配给它的时间片。
3. 更高优先级：一个更高优先级的进程变为就绪状态（如中断处理完成后）。
4. 资源可用：一个进程等待的资源（如I/O、锁）变得可用，从而被唤醒。

核心调度流程

当触发调度后，无论何种方式，最终都会进入 schedule()-> __schedule()函数。这是调度器的核心决策中心：

• 选择下一个进程 (pick_next_task)：调度器会按照调度类的优先级顺序（通常是：停机（Stop）、限期（DL）、实时（RT）、公平（CFS）、空闲（Idle））检查每个调度类是否有可运行的进程，并选择vruntime最小的进程作为下一个运行对象，Linux默认的完全公平调度器（CFS） 使用红黑树来组织可运行队列，从而高效地找到vruntime最小的进程。
• 上下文切换 (context_switch)：一旦选中新进程，内核便开始执行关键的上下文切换： 切换地址空间 (switch_mm)：如果新进程是用户进程，需要切换其内存空间（CR3寄存器）。 切换寄存器状态和内核栈 (switch_to)：保存当前进程的所有CPU寄存器状态到其内核栈中，并恢复新进程之前保存的寄存器状态。这是最底层的进程切换操作。

总结进程调度

Linux的进程调度是一个复杂而精妙的系统，其核心可以概括为：

1. 两种触发：由时间中断周期性驱动或由进程主动发起。
2. 一个核心函数：__schedule()函数是调度决策的中心，负责选择下一个进程并执行切换。
3. 多种策略：通过调度类抽象，支持从公平调度到硬实时调度等多种策略，适应不同需求。
4. 两级切换：上下文切换包括内存空间切换和硬件寄存器切换。
5. 多核扩展：通过负载均衡机制，高效利用多处理器资源。