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分享到:標(biāo)簽:uClinux 調(diào)度策略 進(jìn)程調(diào)度器
摘要:針對(duì)操作系統(tǒng)中進(jìn)程的調(diào)度機(jī)制,依次對(duì)其調(diào)度方式、調(diào)度策略、調(diào)度時(shí)機(jī)進(jìn)行了分析,并結(jié)合uClinux中進(jìn)程調(diào)度實(shí)現(xiàn)的核心源代碼,剖析了uClinux中進(jìn)程調(diào)度器的實(shí)現(xiàn)原理,展示了uClinux中獨(dú)具特色的進(jìn)程調(diào)度機(jī)制。
關(guān)鍵詞:uClinux;調(diào)度策略;進(jìn)程調(diào)度器
0. 引言
uClinux是針對(duì)控制領(lǐng)域的嵌入式Linux操作系統(tǒng),它從Linux 2.0/2.4內(nèi)核派生而來(lái),沿襲了Linux的絕大部分特性,適合不具備內(nèi)存管理單元(MMU)的微處理器或微控制器,現(xiàn)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于各種不同的微處理器平臺(tái)上。因此,對(duì)uClinux操作系統(tǒng)核心模塊的設(shè)計(jì)進(jìn)行分析對(duì)于應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。uClinux作為支持多任務(wù)的操作系統(tǒng),進(jìn)程調(diào)度是其重要的組成部分,本文就uClinux進(jìn)程調(diào)度器的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)進(jìn)行分析。重點(diǎn)討論了uClinux的進(jìn)程調(diào)度機(jī)制,主要包括調(diào)度方式、調(diào)度策略、調(diào)度時(shí)機(jī)、調(diào)度算法這四個(gè)方面。
1. uClinux進(jìn)程的調(diào)度方式[1]
uClinux中每個(gè)進(jìn)程的task_struct結(jié)構(gòu)中有四項(xiàng):policy、priority、counter、rt_priority,
它們是調(diào)度程序運(yùn)行時(shí)在所有可運(yùn)行狀態(tài)的進(jìn)程中選擇調(diào)度的依據(jù)。其中,policy是進(jìn)程調(diào)度策略,用來(lái)區(qū)分實(shí)時(shí)進(jìn)程和非實(shí)時(shí)進(jìn)程;priority是進(jìn)程(包括實(shí)時(shí)進(jìn)程和非實(shí)時(shí)進(jìn)程)的靜態(tài)優(yōu)先級(jí);counter是進(jìn)程剩余的時(shí)間片,它的起始值就是priority的值,另外counter還以看作是進(jìn)程的動(dòng)態(tài)優(yōu)先級(jí),用于計(jì)算處于可運(yùn)行狀態(tài)的進(jìn)程值得運(yùn)行的程度goodness;rt_priority是實(shí)時(shí)進(jìn)程特有的,用于實(shí)時(shí)進(jìn)程間的選擇。[1]
其進(jìn)程調(diào)度過(guò)程可簡(jiǎn)要概述如下:首先,uClinux根據(jù)policy從整體上區(qū)分實(shí)時(shí)進(jìn)程和非實(shí)時(shí)進(jìn)程,其中,實(shí)時(shí)進(jìn)程先于非實(shí)時(shí)進(jìn)程運(yùn)行,對(duì)于同一類型的不同進(jìn)程,采用不同的標(biāo)準(zhǔn)來(lái)選擇,對(duì)于非實(shí)時(shí)進(jìn)程,uClinux根據(jù)進(jìn)程counter的大小采用動(dòng)態(tài)優(yōu)先調(diào)度;對(duì)于實(shí)時(shí)進(jìn)程,uClinux采用先來(lái)先服務(wù)調(diào)度(FIFO)和時(shí)間片輪轉(zhuǎn)調(diào)度(RR)兩種調(diào)度方法。
2. uClinux進(jìn)程的調(diào)度策略
在uClinux操作系統(tǒng)中,進(jìn)程的調(diào)度策略是由task_struct結(jié)構(gòu)成員policy所選擇的,它的值為下述三種之一,即SCHED_FIFO(先來(lái)先服務(wù)調(diào)度),SCHED_RR(時(shí)間片輪轉(zhuǎn)調(diào)度)
和SCHED_OTHER(非實(shí)時(shí)調(diào)度)。
SCHED_FIFO遵循POSIX1.b標(biāo)準(zhǔn)的調(diào)度規(guī)則:CPU一直運(yùn)行,直到有一個(gè)進(jìn)程因I/O阻塞,或者主動(dòng)釋放CPU,或者是CPU被另一個(gè)更高rt_priority的實(shí)時(shí)進(jìn)程搶占,進(jìn)程只有當(dāng)時(shí)間片用完時(shí)才能被迫釋放CPU。
SCHED_RR也遵循POSIX1.b標(biāo)準(zhǔn)的調(diào)度規(guī)則:與SCHED_FIFO類似,當(dāng)進(jìn)程的時(shí)間片用完后,調(diào)度程序就將其加到SCHED_RR隊(duì)列的末尾。對(duì)于該調(diào)度策略只要系統(tǒng)中有一個(gè)實(shí)時(shí)進(jìn)程在運(yùn)行,則任何SCHED_OTHER進(jìn)程都不能在任何CPU上運(yùn)行。一個(gè)進(jìn)程從創(chuàng)建到任務(wù)完成后終止,可能需要經(jīng)歷多次反饋循環(huán)。
SCHED_OTHER是傳統(tǒng)的unix調(diào)度策略,適合于交互式的分時(shí)進(jìn)程。這類非實(shí)時(shí)進(jìn)程的優(yōu)先權(quán)取決于兩個(gè)因素:一個(gè)因素是進(jìn)程剩余時(shí)間配額,如果進(jìn)程用完了配給的時(shí)間,則相應(yīng)優(yōu)先權(quán)為0;如果進(jìn)程未用完時(shí)間片,則剩余時(shí)間參與其動(dòng)態(tài)優(yōu)先級(jí)的計(jì)算。另一個(gè)因素是進(jìn)程的優(yōu)先數(shù)nice,即優(yōu)先數(shù)越小,優(yōu)先級(jí)越高。
如果系統(tǒng)中有實(shí)時(shí)進(jìn)程處于就緒狀態(tài),則非實(shí)時(shí)進(jìn)程就不能被調(diào)度運(yùn)行,直至所有實(shí)時(shí)進(jìn)程都完成了,非實(shí)時(shí)進(jìn)程才有機(jī)會(huì)占用CPU。
3. uClinux進(jìn)程的調(diào)度時(shí)機(jī)
通過(guò)分析進(jìn)程調(diào)度器的源代碼,可以發(fā)現(xiàn)uCLinux以五種方式轉(zhuǎn)入到schedule()處理函數(shù)進(jìn)行進(jìn)程調(diào)度[2]。
?。?) 進(jìn)程狀態(tài)轉(zhuǎn)換時(shí)。當(dāng)進(jìn)程要調(diào)用sleep( )或pause( )等函數(shù)使進(jìn)程狀態(tài)發(fā)生改變時(shí),這些函數(shù)會(huì)主動(dòng)調(diào)用schedule()轉(zhuǎn)入進(jìn)程調(diào)度。
?。?) 進(jìn)程終止時(shí),永久放棄對(duì)CPU的使用。
?。?) 通過(guò)時(shí)鐘中斷。uClinux初始化時(shí),設(shè)定系統(tǒng)定時(shí)器的周期為10ms。當(dāng)時(shí)鐘中斷發(fā)生時(shí),時(shí)鐘中斷服務(wù)程序timer_interrupt立即調(diào)用時(shí)鐘處理函數(shù)do_timer( ),該函數(shù)會(huì)調(diào)用mark_bh,將bh_active標(biāo)志的TIMER_BH置1,接著uClinux會(huì)在時(shí)鐘中斷服務(wù)程序中通過(guò)代碼片段
If( bh_active & bh_mask)
{ intr_count =1;
do_bottom_half();
intr_count = 0;
}
來(lái)判斷此時(shí)是否有bottom_half服務(wù)要處理,若有則執(zhí)行do_bottom_half()。該函數(shù)
會(huì)調(diào)用時(shí)鐘響應(yīng)函數(shù)timer_bh( ),分別由updates_times( )、run_old_timers( )和run_timer_list( )檢查、執(zhí)行調(diào)用服務(wù)。Update_times( )又調(diào)用update_process_times( )函數(shù)調(diào)整進(jìn)程的時(shí)間片,當(dāng)時(shí)間片小于0時(shí),need_resched( 需要重調(diào)度)標(biāo)志會(huì)被置位。當(dāng)時(shí)鐘中斷處理完畢后,系統(tǒng)會(huì)返回到入口ret_from_intr,ret_with_reschedule處,判斷need_resched 標(biāo)志是否置位,若是則轉(zhuǎn)入執(zhí)行schedule( )。
摘要:針對(duì)操作系統(tǒng)中進(jìn)程的調(diào)度機(jī)制,依次對(duì)其調(diào)度方式、調(diào)度策略、調(diào)度時(shí)機(jī)進(jìn)行了分析,并結(jié)合uClinux中進(jìn)程調(diào)度實(shí)現(xiàn)的核心源代碼,剖析了uClinux中進(jìn)程調(diào)度器的實(shí)現(xiàn)原理,展示了uClinux中獨(dú)具特色的進(jìn)程調(diào)度機(jī)制。
關(guān)鍵詞:uClinux;調(diào)度策略;進(jìn)程調(diào)度器
0. 引言
uClinux是針對(duì)控制領(lǐng)域的嵌入式Linux操作系統(tǒng),它從Linux 2.0/2.4內(nèi)核派生而來(lái),沿襲了Linux的絕大部分特性,適合不具備內(nèi)存管理單元(MMU)的微處理器或微控制器,現(xiàn)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于各種不同的微處理器平臺(tái)上。因此,對(duì)uClinux操作系統(tǒng)核心模塊的設(shè)計(jì)進(jìn)行分析對(duì)于應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。uClinux作為支持多任務(wù)的操作系統(tǒng),進(jìn)程調(diào)度是其重要的組成部分,本文就uClinux進(jìn)程調(diào)度器的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)進(jìn)行分析。重點(diǎn)討論了uClinux的進(jìn)程調(diào)度機(jī)制,主要包括調(diào)度方式、調(diào)度策略、調(diào)度時(shí)機(jī)、調(diào)度算法這四個(gè)方面。
1. uClinux進(jìn)程的調(diào)度方式[1]
uClinux中每個(gè)進(jìn)程的task_struct結(jié)構(gòu)中有四項(xiàng):policy、priority、counter、rt_priority,
它們是調(diào)度程序運(yùn)行時(shí)在所有可運(yùn)行狀態(tài)的進(jìn)程中選擇調(diào)度的依據(jù)。其中,policy是進(jìn)程調(diào)度策略,用來(lái)區(qū)分實(shí)時(shí)進(jìn)程和非實(shí)時(shí)進(jìn)程;priority是進(jìn)程(包括實(shí)時(shí)進(jìn)程和非實(shí)時(shí)進(jìn)程)的靜態(tài)優(yōu)先級(jí);counter是進(jìn)程剩余的時(shí)間片,它的起始值就是priority的值,另外counter還以看作是進(jìn)程的動(dòng)態(tài)優(yōu)先級(jí),用于計(jì)算處于可運(yùn)行狀態(tài)的進(jìn)程值得運(yùn)行的程度goodness;rt_priority是實(shí)時(shí)進(jìn)程特有的,用于實(shí)時(shí)進(jìn)程間的選擇。[1]
其進(jìn)程調(diào)度過(guò)程可簡(jiǎn)要概述如下:首先,uClinux根據(jù)policy從整體上區(qū)分實(shí)時(shí)進(jìn)程和非實(shí)時(shí)進(jìn)程,其中,實(shí)時(shí)進(jìn)程先于非實(shí)時(shí)進(jìn)程運(yùn)行,對(duì)于同一類型的不同進(jìn)程,采用不同的標(biāo)準(zhǔn)來(lái)選擇,對(duì)于非實(shí)時(shí)進(jìn)程,uClinux根據(jù)進(jìn)程counter的大小采用動(dòng)態(tài)優(yōu)先調(diào)度;對(duì)于實(shí)時(shí)進(jìn)程,uClinux采用先來(lái)先服務(wù)調(diào)度(FIFO)和時(shí)間片輪轉(zhuǎn)調(diào)度(RR)兩種調(diào)度方法。
2. uClinux進(jìn)程的調(diào)度策略
在uClinux操作系統(tǒng)中,進(jìn)程的調(diào)度策略是由task_struct結(jié)構(gòu)成員policy所選擇的,它的值為下述三種之一,即SCHED_FIFO(先來(lái)先服務(wù)調(diào)度),SCHED_RR(時(shí)間片輪轉(zhuǎn)調(diào)度)
和SCHED_OTHER(非實(shí)時(shí)調(diào)度)。
SCHED_FIFO遵循POSIX1.b標(biāo)準(zhǔn)的調(diào)度規(guī)則:CPU一直運(yùn)行,直到有一個(gè)進(jìn)程因I/O阻塞,或者主動(dòng)釋放CPU,或者是CPU被另一個(gè)更高rt_priority的實(shí)時(shí)進(jìn)程搶占,進(jìn)程只有當(dāng)時(shí)間片用完時(shí)才能被迫釋放CPU。
SCHED_RR也遵循POSIX1.b標(biāo)準(zhǔn)的調(diào)度規(guī)則:與SCHED_FIFO類似,當(dāng)進(jìn)程的時(shí)間片用完后,調(diào)度程序就將其加到SCHED_RR隊(duì)列的末尾。對(duì)于該調(diào)度策略只要系統(tǒng)中有一個(gè)實(shí)時(shí)進(jìn)程在運(yùn)行,則任何SCHED_OTHER進(jìn)程都不能在任何CPU上運(yùn)行。一個(gè)進(jìn)程從創(chuàng)建到任務(wù)完成后終止,可能需要經(jīng)歷多次反饋循環(huán)。
SCHED_OTHER是傳統(tǒng)的unix調(diào)度策略,適合于交互式的分時(shí)進(jìn)程。這類非實(shí)時(shí)進(jìn)程的優(yōu)先權(quán)取決于兩個(gè)因素:一個(gè)因素是進(jìn)程剩余時(shí)間配額,如果進(jìn)程用完了配給的時(shí)間,則相應(yīng)優(yōu)先權(quán)為0;如果進(jìn)程未用完時(shí)間片,則剩余時(shí)間參與其動(dòng)態(tài)優(yōu)先級(jí)的計(jì)算。另一個(gè)因素是進(jìn)程的優(yōu)先數(shù)nice,即優(yōu)先數(shù)越小,優(yōu)先級(jí)越高。
如果系統(tǒng)中有實(shí)時(shí)進(jìn)程處于就緒狀態(tài),則非實(shí)時(shí)進(jìn)程就不能被調(diào)度運(yùn)行,直至所有實(shí)時(shí)進(jìn)程都完成了,非實(shí)時(shí)進(jìn)程才有機(jī)會(huì)占用CPU。
3. uClinux進(jìn)程的調(diào)度時(shí)機(jī)
通過(guò)分析進(jìn)程調(diào)度器的源代碼,可以發(fā)現(xiàn)uCLinux以五種方式轉(zhuǎn)入到schedule()處理函數(shù)進(jìn)行進(jìn)程調(diào)度[2]。
?。?) 進(jìn)程狀態(tài)轉(zhuǎn)換時(shí)。當(dāng)進(jìn)程要調(diào)用sleep( )或pause( )等函數(shù)使進(jìn)程狀態(tài)發(fā)生改變時(shí),這些函數(shù)會(huì)主動(dòng)調(diào)用schedule()轉(zhuǎn)入進(jìn)程調(diào)度。
?。?) 進(jìn)程終止時(shí),永久放棄對(duì)CPU的使用。
?。?) 通過(guò)時(shí)鐘中斷。uClinux初始化時(shí),設(shè)定系統(tǒng)定時(shí)器的周期為10ms。當(dāng)時(shí)鐘中斷發(fā)生時(shí),時(shí)鐘中斷服務(wù)程序timer_interrupt立即調(diào)用時(shí)鐘處理函數(shù)do_timer( ),該函數(shù)會(huì)調(diào)用mark_bh,將bh_active標(biāo)志的TIMER_BH置1,接著uClinux會(huì)在時(shí)鐘中斷服務(wù)程序中通過(guò)代碼片段
If( bh_active & bh_mask)
{ intr_count =1;
do_bottom_half();
intr_count = 0;
}
來(lái)判斷此時(shí)是否有bottom_half服務(wù)要處理,若有則執(zhí)行do_bottom_half()。該函數(shù)
會(huì)調(diào)用時(shí)鐘響應(yīng)函數(shù)timer_bh( ),分別由updates_times( )、run_old_timers( )和run_timer_list( )檢查、執(zhí)行調(diào)用服務(wù)。Update_times( )又調(diào)用update_process_times( )函數(shù)調(diào)整進(jìn)程的時(shí)間片,當(dāng)時(shí)間片小于0時(shí),need_resched( 需要重調(diào)度)標(biāo)志會(huì)被置位。當(dāng)時(shí)鐘中斷處理完畢后,系統(tǒng)會(huì)返回到入口ret_from_intr,ret_with_reschedule處,判斷need_resched 標(biāo)志是否置位,若是則轉(zhuǎn)入執(zhí)行schedule( )。
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