linux中内核调度器如何初始化设置

Linux内核调度器的简介

Linux内核调度器是操作系统中负责进程调度的核心组件，它负责根据进程的优先级、状态等因素，决定哪个进程应该获得CPU资源，在Linux系统中，常见的调度器有CFS(完全公平调度器)、SCHED_FIFO(先进先出调度器)和SCHED_RR(时间片轮转调度器)等，本文主要介绍CFS调度器的初始化过程。

CFS调度器的初始化步骤

1、定义调度器结构体

首先需要定义一个调度器结构体，用于存储调度器的相关参数，结构体中的成员包括：优先级数组、时间片长度、运行队列等。

struct cfs_scheduler {
    int max_priority; // 最大优先级
    int *prio_array; // 优先级数组
    int timeslice; // 时间片长度
    int runnable; // 当前可运行队列长度
}; 

2、初始化优先级数组

优先级数组是一个整型数组，用于存储每个进程的优先级，在初始化过程中，需要为每个进程分配一个唯一的优先级，并将其存储在数组中，通常情况下，优先级越高的进程越具有优先权。

void init_prio_array(struct cfs_scheduler *sched) {
    sched->max_priority = NR_PROCESSES; // 假设系统中最多有NR_PROCESSES个进程
    sched->prio_array = (int *)kmalloc(sizeof(int) * sched->max_priority, GFP_KERNEL);
    if (!sched->prio_array) {
        printk(KERN_ERR "Failed to allocate priority array
");
        return;
    }
    for (int i = 0; i < sched->max_priority; i++) {
        sched->prio_array[i] = i; // 为每个进程分配一个唯一的优先级
    }
} 

3、初始化时间片长度和运行队列

在CFS调度器中，每个进程都有一个时间片，表示该进程在一个时钟周期内可以使用的CPU时间，时间片的长度由系统参数timeslice决定，运行队列是一个链表，用于存储等待CPU资源的进程，初始化时，需要为运行队列分配足够的内存空间，并将所有进程添加到队列中。

void init_runqueue(struct cfs_scheduler *sched) {
    sched->timeslice = HZ / 10; // 假设系统时钟频率为100MHz,时间片长度为10ms
    sched->runnable = kmalloc(sizeof(struct task_struct *) * NR_PROCESSES, GFP_KERNEL);
    if (!sched->runnable) {
        printk(KERN_ERR "Failed to allocate runqueue
");
        return;
    }
    init_waitqueue_head(&sched->runqueue); // 初始化等待队列头结点
    for (int i = 0; i < NR_PROCESSES; i++) {
        INIT_LIST_HEAD(&sched->runqueue); // 将进程添加到运行队列中
        sched->runnable[i] = NULL; // 每个进程的运行队列节点都指向NULL,表示该进程尚未进入运行状态
    }
} 

4、注册调度器相关函数

在初始化完成后，需要将调度器相关的函数注册到内核中，以便在后续的进程调度过程中调用这些函数，注册进程创建、退出等函数。

int register_cfs_scheduler(void) {
    extern void schedule(); // CFS调度器的主要调度函数
    extern int init_process(void); // 初始化进程的函数原型声明
    extern void exit_process(void); // 结束进程的函数原型声明
    extern int create_process(void); // 创建新进程的函数原型声明
    extern void destroy_process(void); // 销毁进程的函数原型声明
    /* ... 其他调度器相关函数的注册 ... */
} 

相关问题与解答

1、为什么CFS调度器要使用优先级队列作为运行队列？为什么不直接使用链表？

答：优先级队列具有更好的性能特性，在插入和删除元素时，其时间复杂度为O(log n),而链表的时间复杂度为O(1)，优先级队列可以自动根据元素的优先级进行排序，无需手动维护，使用优先级队列作为运行队列可以提高系统的响应速度和吞吐量。