备注

AI Translation Notice

This document was automatically translated by Qwen/Qwen3-8B model, for reference only.

• Source document: kernel/sched/core.md

• Translation time: 2025-05-19 01:41:31

• Translation model: Qwen/Qwen3-8B

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APIs Related to Process Scheduler

   This section defines the APIs related to process scheduling in DragonOS, which are the interfaces for the system to perform process scheduling. It also abstracts the Scheduler trait to allow specific scheduler implementations.

Introduction to Scheduler

   Generally, a system handles multiple requests at the same time, but its resources are limited and prioritized. Scheduling is the method used to coordinate each request’s usage of these resources.

Overall Architecture

   The entire scheduling subsystem is organized in a tree structure, with each CPU managing such a tree. Each CPU’s CpuRunQueue即可以理解为树的根节点。每个CpuRunQueue下会管理着不同调度策略的子树，根据不同的调度策略深入到对应子树中实施调度。大体结构如下：

• CpuRunQueue

  • Cfs

    • CfsRunQueue

      • FairSchedEntity

        • CfsRunQueue

          • …（嵌套）

  • Rt

    • …

  • Idle

    • …

  • RR

    • …

  • …

  基于这个结构，调度子系统能够更轻松地解耦以及添加其他调度策略。   

重要结构

• Scheduler:   Scheduler是各个调度算法提供给上层的接口，实现不同的调度算法，只需要向外提供这样一组接口即可。

• CpuRunQueue:   CpuRunQueue为总的CPU运行队列，他会根据不同的调度策略来进行调度。他作为调度子系统的根节点来组织调度。

  • 重要字段

    • lock: 过程锁，因为在深入到具体调度策略后的调度过程中还会需要访问CpuRunQueue中的信息，在cfs中保存了CpuRunQueue对象，我们需要确保在整体过程上锁后，子对象中不需要二次加锁即可访问，所以过程锁比较适合这个场景，若使用对象锁，则在对应调度策略中想要访问CpuRunQueue中的信息时需要加锁，但是最外层已经将CpuRunQueue对象上锁，会导致内层永远拿不到锁。对于该字段，详见CpuRunQueue的self_lock方法及其注释。

    • cfs: Cfs调度器的根节点，往下伸展为一棵子树，详见完全公平调度文档。

    • current: 当前在CPU上运行的进程。

    • idle: 当前CPU的Idle进程。

调度流程

  一次有效的调度分两种情况，第一是主动调用__schedule或者schedule函数进行调度，第二是通过时钟中断，判断当前运行的任务时间是否到期。

• 主动调度

  • __schedule和schedule函数：

    • __schedule:真正执行调度。会按照当前调度策略来选择下一个任务执行。

    • schedule: __schedule的上层封装，它需要该任务在内核中的所有资源释放干净才能进行调度，即判断当前进程的preempt_count是否为0，若不为0则会panic。

    • 参数：这两个函数都需要提供一个参数：SchedMode。用于控制此次调度的行为,可选参数主要有以下两个：

      • SchedMode::SM_NONE: 标志当前进程没有被抢占而是主动让出，他不会被再次加入队列，直到有其他进程主动唤醒它，这个标志位主要用于信号量、等待队列以及一些主动唤醒场景的实现。

      • SchedMode::SM_PREEMPT:标志当前是被抢占运行的，他会再次被加入调度队列等待下次调度，通俗来说：它是被别的进程抢占了运行时间，有机会运行时他会继续执行。

• 时钟调度   时钟中断到来的时候，调度系统会进行更新，包括判断是否需要下一次调度。以下为主要的函数调用栈：

  • LocalApicTimer::handle_irq: 中断处理函数

    • ProcessManager::update_process_times: 更新当前进程的时钟信息（统计运行时等）

    • scheduler_tick: 调度子系统tick入口

      • CompletelyFairScheduler::tick: 以cfs为例，此为cfs调度算法的tick入口

        • CfsRunQueue::entity_tick: 对所有调度实体进行tick

        • CfsRunQueue::update_current: 更新当前运行任务的运行时间及判断是否到期

          • CfsRunQueue::account_cfs_rq_runtime: 计算当前队列的运行时间

          • CpuRunQueue::resched_current: 若上一步计算的时间超时则到这一步，这里会设置进程标志为NEED_SCHEDULE.

  • 退出中断：退出中断时检查当前进程是否存在标志位NEED_SCHEDULE，若存在则调用__schedule performs scheduling.