在抽象模型中vruntime决定了进程被调度的先后顺序

关于Priority
Inversion可以参考《Operating System Concepts》9_ed p217-218
                                                                                                                      

vruntime行走速度:
   
系统规定:默认权重值(1024)对应的进程的vruntime行走时间与实际运行时间runtime是1:1的关系。由于vruntime的行走速度和权重值成反比,那么其它进程的vruntime行走速度都通过以下两个参数计算得到:1、该进程的权重值2、默认进程的权重值。
    例如权重为3096的进程的vruntime行走速度为:1024/3096 * (wall
clock)。
    “真实时钟速度”即为runtime(即 wall clock)行走的速度。

    对于新进程,task_fork_fair()->place_entity(cfs_rq, se,
1),其intial参数为1。新进程的vruntime值被设置为min_vruntime+sched_vslice(cfs_rq,
se),
sched_vslice()函数可计算出nice值为0的进程的ideal_runtime。其作用是将新加入的进程的标记为“它在period长时间内已经运行它对应的ideal_time长时间”,那么新加入进程在理论上(所有进程都执行它对应的ideal_runtime时间,没有发生睡眠、进程终止等特殊情况)只有等待period之后才能被调度。
    sched_vslice(cfs_rq,
se)—->calc_delta_fair(sched_slice(cfs_rq, se), se),
sched_slice()计算新建进程的ideal_runtime,calc_delta_fair()将ideal_runtime转换成vruntime。

 

由于在某些情况下需要暂时提高进程的优先级,因此不仅需要静态优先级和普通优先级,还需要动态优先级prio;

        
linux内核的优先级继承协议(pip)

普通进程分为40个等级,每个等级对应一个权重值,权重值用一个整数来标示。权重值定义在数组prio_to_weight[40]中;普通进程的权重值最大为88761,最小为15。默认情况下,普通进程的权重值为1024(由NICE_0_LOAD指定)。weight是由进程的静态优先级static_prio决定的,静态优先级越高(static_prio值越小)weight值越大。普通进程的默认
nice值为0,即默认静态优先级为120,它的weight值为prio_to_weight[20],即1024。因此NICE_0_LOAD的值就
为1024。

         rt_mutex_slowlock() —->
__rt_mutex_slowlock() —->

注:

         
__rt_mutex_adjust_prio调整了当前持有锁的进程的动态优先级(继承自等待队列中所有进程的最高优先级),rt_mutex_adjust_prio_chain()如果被调整的动态优先级的进程也在等待某个资源,那么也要链式地调整相应进程的动态优先级。

在抽象模型中vruntime决定了进程被调度的先后顺序,在真实模型中决定被调度的先后顺序的参数是由函数entity_key决定的。 
 
static inline s64 entity_key(struct cfs_rq *cfs_rq, struct
sched_entity *se)
{
    return se->vruntime – cfs_rq->min_vruntime;
}
enqueue_task_fair—->enqueue_entity—->__enqueue_entity—->entity_key决定插入就绪队列的位置。

考虑下当创建新进程或者进程唤醒时,vruntime在真实模型中的处理方式:
I、新建进程
   
进程的ideal_time长度和weight成正比,vruntime行走速度与weight值成反比。因此当每个进程在period时间内,都执行了自己对应的ideal_time长时间,那么他们的vruntime的增量相等。而nice为0的进程的vruntime行走速度等于runtime行走速度,所以每个进程都运行它自己对应的ideal_runtime时间,其它进程的vruntime增量都等于nice值为0的进程的ideal_runtime。假设初始情况下,它们的所有进程的vruntime值都等于0,那么当一个进程运行完runtime的时间为ideal_time,那么它的vruntime将为最大,只要其它进程的运行总时间没有达到各自对应的ideal_runtime值,那么它始终排在进程队列的末尾。

   
b)rt_priority,表示实时进程的优先级(普通进程没用该参数),它的值介于[0~99]之间。rt_priority的值越大其优先级越高。
   
c)normal_prio,由于static_prio和rt_priority与优先级的关联性不相同,因此用normal_prio统一下“单位”,统一成:normal_prio值越小则进程优先级越高。因此,normal_prio也可以理解为:统一了单位的“静态”优先级。
   
d)prio,在系统中使用prio判断进程优先级,prio是进程的动态优先级,其表示进程的有效优先级。对于实时进程来说,有效优先级prio就等于它的normal_prio。普通进程可以临时提高优先级,通过改变prio实现,动态优先级的提高不影响进程的静态优先级。父进程的动态优先级不会遗传给子进程,子进程的动态优先级prio初始化为父进程的静态优先级。

      
注意:关于a),注意本文的结尾添加的注释。

参考《深入Linux内核架构》p70-76、
p_288-290;

II、睡眠进程被唤醒
   
将进程的vruntime值设置为cfs_rq->min_vruntime值,然后再进行一下补偿:将vruntime减去与sysctl_sched_latencyd相关的一个数值。进程进入睡眠状态时cfs_rq->min_vruntime就大于或等于该进程的vruntime值,它在睡眠过程中vruntime值是不改变的,但是cfs_rq->min_vruntime的值却是单调增加的,进程醒来后补偿的量由sysctl_sched_latency给出,不管进程受到的不公平待遇大还是小,一律只补偿这么多。

        为了在Linux中使用Priority
Inheritance
Protocol协议来解决优先级反转问题,Linux中引入实时互斥量rt_mutex,在task_struc结构体中也引入了pi_waiters链表,需要注意的流程为:

进程的优先等级决定了其权重值,task_struct中与优先级相关数据成员:
   
a)static_prio,指普通进程的静态优先级(实时进程没用该参数),值越小则优先级越高。静态优先级是进程启动时分配的优先级。它可以用nice()或者sched_setscheduler()系统调用更改,否则在运行期间一直保持恒定。

                                                                  
|–> rt_mutex_adjust_prio_chain()

真实模型总结:
   
a)进程在就绪队列中用键值key来排序,它没有保存在任何变量中,而是在需要时由函数entity_key()计算得出。它等于
        key = task->vruntime – cfs_rq->min_vruntime
   
b)各个进程有不同的重要性(优先等级),越重要的进程权重值weight(task.se.load.weight)越大。
   
c)每个进程vruntime行走的速度和weight值成反比。权重值为1024(NICE_0_LOAD)的进程vruntime行走速度和runtime相同。
   
d)每个进程每次获得CPU使用权最多执行与该进程对应的ideal_runtime长时间。该时间长度和weight值成正比,它没有用变量来保存,而是需要使用sched_slice()函数计算得出。
   
e)ideal_runtime计算的基准是period,它也没有用变量来保存,而是由__sched_period()计算得出。

                
task_blocks_on_rt_mutex() —-> 
__rt_mutex_adjust_prio()

   
进程执行执行期间周期性调度器周期性地启动,其负责更新一些相关数据,并不负责进程之间的切换:
   
timer_tick()—->update_process_times—->schedule_tick()
   
schedule_tick—->task_tick_fair—->entity_tick()—->update_curr()
    update_curr()函数完成相关数据的更新。
        update_www.845566.com,curr()—->delta_exec = (unsigned long)(now –
curr->exec_start)
                              |–>__update_curr()
                              |–>curr_exec_start = now;
   
update_curr()函数只负责计算delta_exec以及更新exec_start。其它工作由__update_curr()函数完成:
        1、更新当前进程的实际运行时间(抽象模型中的runtime)。
        2、更新当前进程的虚拟时间vruntime。
        3、更新cfs_rq->min_vruntime。
          
在当前进程和下一个将要被调度的进程中选择vruntime较小的值。然后用该值和cfs_rq->min_vruntime比较,如果比min_vruntime大,则更新cfs_rq为的min_vruntime为所求出的值。

         进程优先级逆转问题的解决  

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