鼠眼看Linux调度器.doc

一、耗子vs Linux ?

  “鼠目寸光”，应该是个暴光率挺高的成语了，常用来说某人看事情没有深度，看不透本质。毫无疑

问，这是一个贬义 100％的词。但不管是认识什么未知事物，都一定会有个“寸光”的过程，如果有进而持

续不断地努力，才可能做到对之了如直掌。

  Linux 内核是个复杂的软件，作为一个成熟的操作系统核心部件，最可贵的就是它的开放源码。我

想，有着“忧国忧民”抱负的程序员恐怕每天都会有“我要读懂它”的冲动。正是在这股“贼心”的驱使下，我开

始了对 Linux 内核的学习。一路走来，我还远不能说是已经 AtoZ 了 Linux 内核，甚至不敢确定自己是不

是已摆脱了“啮齿动物”的行列。但在领略其中的独特风景后，踏踏实实地体会到真是有些欲罢不能了。例

  即便是解释了这么半天，以《鼠眼看 XX》作为文章题目是依旧是需要些勇气的，澄清一下，我的本

意其实是，文章中不会有太深的技术内容，难度水平是以一般 Linux 应用程序开发者能够看懂为限，当然，

我会尽所能避免“寸光”，尽量使“知其所以然/阅读难度”的比值大些。

  最后，本文讨论 Linux 2.6.13 内核的调度功能，包括调度器的工作机制、时间片、优先级的计算等

内容，也简要地讨论了一点 staircase 调度。闲话结束，开“看”！

二、“看上去很美"的调度器。

  讨论调度，最直接就是从它们功能入口谈起了。不同的调度器暴露其功能的方法不尽相同：

1、系统调用。这是最重要的方法。甚至于已经成为了一部分 POSIX 标准，但其数量并不太多，即

使如此，这里也不可能一一展开讨论，我们关心是最常用的两个：nice()和 sched_setscheduler()，尤

其是前者。



    int nice(int inc);

调整当前进程的运行优先级。inc 越小，当前进程的运行优先级会变的越高，反之优先级越低。

inc 可以是任意整数（尤其是可以小于 0）。

    int sched_setscheduler(pid_t pid, int policy, const struct sched_param *p);

配置进程号为 pid 的进程的调度参数，包括策略 policy，和参数 p，目前 p 只是运行优先级。

policy 可以是软实时调度(SCHED_RR)、先来先服务调度(SCHED_FIFO)和正常的时间片轮转调度

和优先级调度混合的调度策略(SCHED_OTHER)。

本文只关心默认的最常用的策略 SCHED_OTHER，SCHED_RR 和 SCHED_FIFO 也不是想像的那

么复杂，事实上，它们的实现比 SCHED_OTHER 简单的多，只是作为 SCHED_OTHER 的特殊情况对待

罢了，体现在代码上，就是在正常处理逻辑上多了几个条件语句。下面的介绍中我们会绕过它们。有兴趣

的读者可以过后直接研习代码，难度不大。

需要指出的是，上面介绍的有些地方是不太准确的，特别是术语“进程”和“运行优先级”比较含糊，下

面我们就逐个揭开它们的面纱。

三、先瞧两眼 Linux 上的进程与线程。

  我想大家对“进程"和"线程"这两个概念的含义已经烂熟于心了，小生就不班门弄斧了。不知是哪本

NTPL 线程库采用的是 1 对 1 的线程模型，即 1 个用户空间线程对应 1 个内核线程。虽然表层的 API 仍然

是依照 POSIX 标准的，但已经与前任线程实现有了很大不同。

说到底，创建进程最终会用到 fork()系统调用，而创建线程则最终使用 clone()系统调用。让我们看

一眼这两个系统调用的直接实现，不要慌张，它们很简单：

asmlinkageintsys_fork(structpt_regs regs)

{

returndo_fork(SIGCHLD,regs.esp,&regs,0,NULL,NULL);

}

asmlinkageintsys_clone(structpt_regs regs)

{

们可以大胆的推测，Linux 在对待进程和线程的问题上，是将两者看作基本相同的概念。事实上，在内核

里它们都使用 task_struct 结构体描述，传统的进程号保存在该结构的 tgid 成员（线程组 ID）中，而线

程号则保存在 pid 成员中。所以，在下文中我们统称“进程”和“线程”两者为“任务”。在后面介绍 nice()和

sched_setscheduler()两个系统调用的时，所用的术语“进程”或“线程”，如果不加特殊声明，都可以换成

“任务”。

 有 Linux 开发经验读者可能知道，Linux 上还有一个系统调用可以创建新任务，这就是 vfork()。你可

能对它的实现方式有兴趣，下面是就是它的直接实现：



asmlinkageintsys_vfork(structpt_regs regs)

{

returndo_fork(CLONE_VFORK|CLONE_VM|SIGCHLD,regs.esp,&regs,0,NULL,N

ULL);

值的地方。从现在开始，我会以简化代码的方式引用 Linux 内核的代码，简化的标准是只保留与主功能直

接相关的部分，例如内核中的各种同步细节、次要的错误检查，甚至安全方面的代码，我都会省略掉，但

是我只删代码，绝不会修改原有代码，这样既有利于抓住核心环节，缩减篇幅，又不妨碍有兴趣的读者顺

着这些线索亲自“咀嚼”代码。

 下面就是与 nice()系统调用有关的简化代码：

asmlinkagelongsys_nice(intincrement)

{

intretval;

longnice;

1>if(increment<-40)

if(nice>19)

nice=19;