2016-06-10 19:22:44 ongoingcre 阅读数 2811

From: 全面解析Linux 内核 3.10.x - 进程调度

Linux 调度器 - Volker Seeker · 爱丁堡大学 2013.05.12

本文档包含了Linux内核如何处理进程调度注意事项。
它们涵盖一般调度器框架、调度类、完全公平调度(CFS)算法、软实时调度以及负载均衡的实时和CFS。
在此文档中采用的Linux内核版本是3.1.10,使用的终端设备为搭载android 4.2的Nexus 7;

1、进程调度

现代的Linux内核需要支撑多任务的。因此,一个以上的进程被允许存在于任何给定的时间,每一个进程被允许执行,就好像它是唯一的处理上系统。 进程调度协调哪些进程运行时在,它具有以下任务:

  • 在所有当前正在运行的进程之间共享CPU
  • 选取适当的进程来运行下一步,如果需要,考虑调度类/策略以及进程优先级
  • 在多核SMP系统上平衡调度

1.1、Linux 的进程/线程

Linux的进程是一组共享一个线程组ID(TGID)和任何的线程资源必要和在两者之间不区分。内核调度各个线程,而不是进程。因此,术语“任务”将被用于所述文档的其余部分,以指一个线程。task_struct中(在include/linux/sched.h中)在Linux中使用的数据结构,其中包含所有的 关于特定任务的信息。

2、任务/进程分类

2.1、CPU 受限和I/O受限

传统上总是将进程分类为I/O受限或CPU受限,I/O受限表示频繁的使用I/O设备,并花费很多时间等待I/O操作完成,CPU受限则表示某些线程/进程需要大量的CPU时间来做计算。

2.2 实时任务/进程 VS 正常任务/进程

Linux 上运行的任务可以列为实时 (RT) 或正常的任务。实时任务有严格的时间要求,因此优先接收任何其他任务系统。不同的调度策略用于RT和正常的任务中的实现通过使用调度类调度程序。

2.3 任务/进程优先级

内核较高优先级有一个数值较小的值。实时优先级的范围从1(最高)- 99,而正常优先级的范围从100 - 139(最低)。不过,有使用系统调用或调度程序库函数来确定优先事项时的混乱。在那里,数值的顺序可以颠倒或映射到不同的值 (nice值)。

3、调度类

Linux 调度器是模块化,使不同的算法/策略,安排不同类型任务。算法实现被包裹在一个所谓的调度类。调度类提供了一个接口到主调度程序框架,它可用于处理依据任务实现的算法。
此调度类的相关定义可以在include/linux/sched.h 中发现:

struct sched_class {
    const struct sched_class *next;

    void (*enqueue_task) (struct rq *rq, struct task_struct *p, int flags);
    void (*dequeue_task) (struct rq *rq, struct task_struct *p, int flags);
    void (*yield_task) (struct rq *rq);
    bool (*yield_to_task) (struct rq *rq, struct task_struct *p, bool preempt);

    void (*check_preempt_curr) (struct rq *rq, struct task_struct *p, int flags);

    struct task_struct * (*pick_next_task) (struct rq *rq);
    void (*put_prev_task) (struct rq *rq, struct task_struct *p);

#ifdef CONFIG_SMP
    int  (*select_task_rq)(struct task_struct *p, int sd_flag, int flags);

    void (*pre_schedule) (struct rq *this_rq, struct task_struct *task);
    void (*post_schedule) (struct rq *this_rq);
    void (*task_waking) (struct task_struct *task);
    void (*task_woken) (struct rq *this_rq, struct task_struct *task);

    void (*set_cpus_allowed)(struct task_struct *p,
                 const struct cpumask *newmask);

    void (*rq_online)(struct rq *rq);
    void (*rq_offline)(struct rq *rq);
#endif

    void (*set_curr_task) (struct rq *rq);
    void (*task_tick) (struct rq *rq, struct task_struct *p, int queued);
    void (*task_fork) (struct task_struct *p);

    void (*switched_from) (struct rq *this_rq, struct task_struct *task);
    void (*switched_to) (struct rq *this_rq, struct task_struct *task);
    void (*prio_changed) (struct rq *this_rq, struct task_struct *task,
                 int oldprio);

    unsigned int (*get_rr_interval) (struct rq *rq,
                     struct task_struct *task);

#ifdef CONFIG_FAIR_GROUP_SCHED
    void (*task_move_group) (struct task_struct *p, int on_rq);
#endif
};

除了第一个成员外,此结构的所有成员都是由使用的函数指针来实现调度类框架对用的hook(钩子函数)实现。
在内核中的所有现有调度类是按优先级的排序的列表中调度类。被称为该结构的第一个成员下一步是一个指针,指向下一个调度类具有较低的优先级,该列表中。使用列表来优先考虑不同类型在别人面前的任务。在当前Linux 版本中,其初始流程如下所示︰

stop_sched_class → rt_sched_class → fair_sched_class → idle_sched_class → NULL

Stop 以及 idel 是两个特殊的调度类,Stop 调度类的原理是利用每cpu(per-cpu)变量配置每CPU停止一切任务操作,Idel调度类的原理是利用idle任务(其实就是swapper进程)。 which is run if no other task is runnable. The other two are for
the previously mentioned real time and normal tasks

4、主要数据结构 Runqueue

系统中每个CPU都有自己的运行队列,所有的runqueue结构都放在每CPU变量中并且被定义在kernel/sched.c,保留了可追踪所有可运行任务对应CPU相关的调度统计以及负载均衡调度域的信息;另外它还有:
- CPU对同步锁的调度操作。
raw_spinlock_t lock;
- 一个指向正在运行任务的task指针,以及idel 任务指针,stop任务指针。
struct task_struct *curr, *idle, *stop;
- fair(公平调度)以及实时调度类的运行队列数据结构。
struct cfs_rq cfs;
struct rt_rq rt;

5、调度器框架

5.1、调度器入口指针

所有的进程调度器的入口指针都是schedule()函数,定在在kernel/sched.c文件中。这个函数调用内核进程是通过调用进程调度器,从而决定运行那个进程,然后运行它。
schedul()函数的主要目标是找到下一个需要运行的任务,并且将CPU分配给此任务。最后,它执行上下文切换到这个新的任务。如果没有其它任务(上一级的上一级任务)的优先级超过当前任务,那么schedul()函数就reschedul回来;
关于schedul函数的细节请看下面代码:

    static void __sched __schedule(void)
    {
        struct task_struct *prev, *next;
        unsigned long *switch_count;
        struct rq *rq;
        int cpu;

    need_resched:
        preempt_disable();
        cpu = smp_processor_id();
        rq = cpu_rq(cpu);
        rcu_note_context_switch(cpu);
        prev = rq->curr;

        schedule_debug(prev);

        if (sched_feat(HRTICK))
            hrtick_clear(rq);

        raw_spin_lock_irq(&rq->lock);

        switch_count = &prev->nivcsw;
        if (prev->state && !(preempt_count() & PREEMPT_ACTIVE)) {
            if (unlikely(signal_pending_state(prev->state, prev))) {
                prev->state = TASK_RUNNING;
            } else {
                deactivate_task(rq, prev, DEQUEUE_SLEEP);
                prev->on_rq = 0;

                /*
                 * If a worker went to sleep, notify and ask workqueue
                 * whether it wants to wake up a task to maintain
                 * concurrency.
                 */
                if (prev->flags & PF_WQ_WORKER) {
                    struct task_struct *to_wakeup;

                    to_wakeup = wq_worker_sleeping(prev, cpu);
                    if (to_wakeup)
                        try_to_wake_up_local(to_wakeup);
                }
            }
            switch_count = &prev->nvcsw;
        }

        pre_schedule(rq, prev);

        if (unlikely(!rq->nr_running))
            idle_balance(cpu, rq);

        put_prev_task(rq, prev);
        next = pick_next_task(rq);
        clear_tsk_need_resched(prev);
        rq->skip_clock_update = 0;

        if (likely(prev != next)) {
            rq->nr_switches++;
            rq->curr = next;
            ++*switch_count;

            context_switch(rq, prev, next); /* unlocks the rq */
            /*
             * The context switch have flipped the stack from under us
             * and restored the local variables which were saved when
             * this task called schedule() in the past. prev == current
             * is still correct, but it can be moved to another cpu/rq.
             */
            cpu = smp_processor_id();
            rq = cpu_rq(cpu);
        } else
            raw_spin_unlock_irq(&rq->lock);

        post_schedule(rq);

        sched_preempt_enable_no_resched();
        if (need_resched())
            goto need_resched;
    }

自从Linux 内核可抢占以后,总是高优先级的任务会在内核空间执行代码段。当一个任务在抢占后进入内核空间执行的时候,暂停它的唯一条件就是当有新的任务进行schedul()操作。因此,首先schedul()函数通过调用preempt_dsiabel()关闭抢占,所以线程的调度不能在当前关键操作的时候进行抢占。
其次,它建立了一种通过锁住当前CPU运行队列当只有一个线程在特定的时间片允许修改当前运行的队列的锁机制,确保的资源的唯一性。
然后,schedul()函数检查在上一个时间片中上一个任务的执行状态。如果在”内核态”下是没有运行并且没在被抢占,那么意味着可以移除当前的运行队列。然而,如果有noblocking(操作未完成,函数返回)的挂起信号,那么就降状态设置为“TASK_RUNNING”并且将此排在左侧。意思就是上一个任务获取另一个任务并且改变要被执行的任务。
移除一个正在执行的任务是通过调用下面函数;

static void dequeue_task(struct rq *rq, struct task_struct *p, int flags)
{
    update_rq_clock(rq);
    sched_info_dequeued(p);
    p->sched_class->dequeue_task(rq, p, flags);
}

下一个动作是判断是否有正在运行的任务存在在当前的CPU运行队列。如果没有,调用idle_balance()。
get_prev_task()是一个当切换CPU的时候可以给给定的任务进行通知的调度类的钩子函数。

5.2、调用调度器


By: Keven - 点滴积累

2017-03-21 22:36:29 Peter_tang6 阅读数 2456

                

开门见山

           Linux是一个一体化内核(monolithic kernel)系统。“内核”指的是一个提供硬件抽象层、磁盘及文件系统控制、多任务等功能的系统软件。Linux内核的主要模块(或组件)分以下几个部分:存储管理、CPU和进程管理、文件系统、设备管理和驱动、网络通信,以及系统的初始化(引导)、系统调用等。内核由U-boot程序来启动,因此,在移植内核之前我们需要准备的东西:

1.完成Bootloade即U-boot的移植;

2.为我们的内核移植准备好编译环境——交叉编译器;

3.在官网www.kernel.org下载我们的源文件——Linux-3.0.54.tar.bz2。

注意不要下载不稳定的版本。

任务开始

1.创建一个有读写权限的文件夹用来存放我们下载的源文件,并将其解压缩

$tar -xjf linux-3.0.54.tar.bz2

2.配置我们的内核参数

(1).修改Makefile文件

$vim Makefile

这里主要是选择我们的开发平台类型以及将我们的交叉编译器的环境变量设置好。

 

这里是将生成的zimage文件拷贝到当前目录,在手动添加mkimage工具来自动把Zimage生成可执行之.bin文件。Zimage是内核的映像压缩文件,大小3M左右。

这里是解释这段代码含义,可忽略。

(2).修改晶振频率

所谓晶振频率,就是我们板子的工作频率,晶振全称晶体振荡器,它结合开发板的内部电路,产生时钟频率,板子的一切指令执行均在此基础之上,晶振提供的时钟频率越高,板子的运行速度越快。我们的FL2440的开发板晶振频率为12MHz。

$vim linux-3.0.54/arch/arm/mach-s3c2440/mach-smdk2440.c

(3).修改驱动的串口

$vim linux-3.0.54/drivers/tty/serial/Samsung.c

接下来我们把mini2440.config文件作为我们的默认.config文件

cp arch/arm/configs/mini2440_defconfig .config

$export TERM=vt100

这里说明TERM环境变量的类型,避免乱码出现

$Make menuconfig

menuconfig是常用的配置工具,我们可以用它选择要编译进内核的模块,然后将信息保存在生成的.config配置文件中,make menuconfig时出来的文本窗口中的信息是通过读取在内核源代码目录下的Kconfig文件来配置的。根据Makefile文件来编译,而Makefile文件中的变量则通过.config来进行赋值操作。仅仅在Kconfig中添加选项。




这里添加的是s3c2440,第一个不要选,和图片一样即可。

(4).修改MACHINE ID设备编号

我们做的FL2440内核与三星的SMDK2440一样,我们U-boot使用设备号为1999,板子为s3c2440,所以将mini2440和s3c2440的设备号对换(mini2440即采用三星的s3c2440为处理器)

$vim linux-3.0.54/arch/arm/tools/mach-types

配置完成后就可以编译了:

$make

过程省略......................................................

编译过程中的错误请自行解决...................................................

成功以后会生成Linux-s3c2440.bin的可执行二进制文件。

(5)对我们的硬盘(nandflash)进行分区

$vim linux-3.0.54/arch/arm/plat-s3c24xx/common-smdk.c






这里说明一下,我们板子上的nandflash为256M,我们将它分成5个区,分别是

bootloader——1M,内核15M,根文件系统——40M,app——100M,data——100M,

分区完毕以后make

$make

编译成功以后我们需要为内核添加根文件系统支持,因为内核启动首先挂载的是根文件系统。这里制作的是简单的initramfs文件系统作为根文件系统,其他的文件系统大家可以自己了解制作也可以参考我的后续文章。

export TERM=vt100

$Make menuconfig



这里是选择支持initramfs文件系统,还要填写其所处位置,我的是/opt/rootfs/,这个路径在后续制作根文件系统的时候会创建起来。

选择完以后重新make,我们的内核即可在开发板中启动。




2019-08-05 00:10:01 one_chao 阅读数 11

6.11 linux内核管理 :内核版本

cat /proc/version
Linux version 3.10.0-229.4.2.el7.x86_64 (builder@kbuilder.dev.centos.org) (gcc version 4.8.2 20140120 (Red Hat 4.8.2-16) (GCC) ) #1 SMP Wed May 13 10:06:09 UTC 2015
uname -a
Linux jenkins 3.10.0-229.4.2.el7.x86_64 #1 SMP Wed May 13 10:06:09 UTC 2015 x86_64 x86_64 x86_64 GNU/Linux

centos发行版本

cat /etc/centos-release
CentOS Linux release 7.6.1810 (Core)
2019-08-04 23:37:51 one_chao 阅读数 10

6.2 linux内核管理 : 内核启动/停止在这里插入图片描述

6.2.1 重启

reboot
shutdown
  1. 立刻重启
  shutdown -r now
  2.10 分钟重启
  shutdown -r 10
  3.定时重启
  shutdown -r 10:35
  4.取消重启
  shutdown -c     

6.2.2 关机

halt
poweroff
shutdown
  1. 立刻关机
  shutdown -h now
  2.10 分钟重启
  shutdown -h 10
  3.定时重启
  shutdown -h 10:35
  4.取消重启
  shutdown -c  
2018-04-08 15:06:50 qwertyuiop00123 阅读数 2595

1. 下载Linux 3.10 kernel源码 (3.10.105)

https://www.kernel.org/


2. 解压到本地 /home/zombie/File/linux-3.10.105


3. 下载arm-linux-gcc 4.4.3, 解压至/home/zombie/File/linux-3.10.105/arm-linux-gcc/


4.  /home/zombie/File/linux-3.10.105/MakeFile 文件中ARCH 和 CROSS_COMPILE值进行修改 (如果编译X86平台的应该可以不用设置,本人编译的是ARM的)

#原始内容如下

ARCH        ?= $(SUBARCH)
CROSS_COMPILE    ?= $(CONFIG_CROSS_COMPILE:"%"=%)

#修改过后如下
ARCH        ?= arm
CROSS_COMPILE    ?= arm-linux-


5. 设置环境

# cd/home/zombie/File/linux-3.10.105

# export PATH=/home/zombie/File/linux-3.10.105/arm-linux-gcc/bin:$PATH

# make mrproper

# make menuconfig

注:

1. 编译完成生成如下错误,解决方法是在Device Driver中将Staging drivers取消选中

ERROR: "__sync_fetch_and_and_4" [drivers/staging/line6/line6usb.ko] undefined!
ERROR: "__sync_fetch_and_or_4" [drivers/staging/line6/line6usb.ko] undefined!


2. 该blog(http://blog.csdn.net/barry283049/article/details/42265491)中提到:

进入界面需要将Device Drivers ---> Generic Driver Options ---> Automount devtmpfs at /dev, after the kernel mounted the rootfs 设置为N

设置完成后生成 .config文件


6. 编译

# make -j8(j4)


7. 安装模块

# make modules_install


8. 安装

# make install


9. 重启 grub中选择内核版本(ubuntu高级选项)

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