詳解Linux內核進程調度函數schedule()的觸發和執行時機

內核的調度操作分為觸發和執行兩個部分，觸發時僅僅設置一下當前進程的TIF_NEED_RESCHED標志，執行的時候則是通過schedule()函數來完成進程的選擇和切換。當前進程的thread_info->flags中TIF_NEED_RESCHED位表示需要調用schedule()函數進行調度。內核在兩種情況下會設置該標志，一個是在時鐘中斷進行周期性的檢查時，另一個是在被喚醒進程的優先級比正在運行的進程的優先級高時。

周期性地更新當前任務的狀態時：

定時中斷處理函數中會調用schedule_tick()用于處理關于調度的周期性檢查和處理，其調用路徑是和時鐘處理有關的tick_periodic()->update_process_times()->scheduler_tick()或者tick_sched_handle()->update_process_times()->scheduler_tick()，主要用于更新就緒隊列的時鐘、CPU負載和當前任務的運行時間統計等，如下所示：

//linux-3.13/kernel/sched/core.c
void scheduler_tick(void)
{
  int cpu = smp_processor_id();         //獲取當前cpu編號
  struct rq *rq = cpu_rq(cpu);         //取得對應cpu的rq（就緒隊列）
  struct task_struct *curr = rq->curr;     //獲取當前運行的任務

  sched_clock_tick();

  raw_spin_lock(&rq->lock);
  update_rq_clock(rq);             //更新隊列時鐘
  curr->sched_class->task_tick(rq, curr, 0);  //調用當前任務的調度類對應的函數
  update_cpu_load_active(rq);          //更新本處理器的負載
  raw_spin_unlock(&rq->lock);

  perf_event_task_tick();

#ifdef CONFIG_SMP
  rq->idle_balance = idle_cpu(cpu);
  trigger_load_balance(rq, cpu);        //必要時進行負載均衡
#endif
  rq_last_tick_reset(rq);
}

其中curr->sched_class->task_tick(rq, curr, 0);這行代碼調用了當前任務的調度類的task_tick()函數，這個函數根據具體情況決定是否需要對當前任務設置TIF_NEED_RESCHED標志，如果需要則最終調用set_tsk_need_resched()設置該標志。需要注意的是，此處僅僅是設置標志而沒有執行schedule()函數，在各種系統調用、中斷的返回代碼最后，才會根據這個標志來決定是否執行schedule()函數。

睡眠的任務被喚醒時：

當睡眠任務所等待的事件到達時，內核（例如驅動程序的中斷處理函數）將會調用wake_up()喚醒相關的任務，并最終調用try_to_wake_up()。它完成三件事：將任務重新添加到就緒隊列，將運行標志設置為TASK_RUNNING，如果被喚醒的任務可以搶占當前運行任務則設置當前任務的TIF_NEED_RESCHED標志。

設置了TIF_NEED_RESCHED標志之后，真正調用執行schedule()函數的時機只有兩種，第一種是系統調用或者中斷返回時，根據TIF_NEED_RESCHED標志決定是否調用schedule()函數（從效率方面考慮，趁著還在內核態把該處理的事情處理完畢）；第二種情況是當前任務因為原因需要睡眠，進程睡眠后立即調用schedule()函數，在內核中這種情況也比較多，比如磁盤、網卡等設備驅動程序中。

參考文獻：《Linux技術內幕》

PS：剛開始學習Linux內核的時候很容易被各種結構體各種概念充斥腦海，一團亂麻。這時候需要把它們各自負責的功能以及之間相互的配合理清楚，推薦這本書。看完《Linux內核設計與實現》后可以相互比照，效果不錯。

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