xref: /DragonOS/docs/kernel/sched/core.md (revision 01c18c64b14b4ebabd98fa92c587c26874275eb1) 
1# 进程调度器相关的api
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3   定义了DragonOS的进程调度相关的api，是系统进行进程调度的接口。同时也抽象出了Scheduler的trait，以供具体的调度器实现。
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5## 调度器介绍
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7   一般来说，一个系统会同时处理多个请求，但是其资源是优先的，调度就是用来协调每个请求对资源的使用的方法。
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9## 整体架构
10  整个调度子系统以**树形结构**来组织，每个CPU都会管理这样一棵树，每个CPU的``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：
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12- CpuRunQueue
13	- Cfs
14		- CfsRunQueue
15			- FairSchedEntity
16				- CfsRunQueue
17					- ...（嵌套）
18	- Rt
19		- ...
20	- Idle
21		- ...
22	- RR
23		- ...
24	- ...
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26  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。
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29## 重要结构
30- ``Scheduler:``
31  ``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。
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33- ``CpuRunQueue:``
34  ``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。
35	- **重要字段**
36		- ``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](https://code.dragonos.org.cn/xref/DragonOS/kernel/src/sched/mod.rs?r=dd8e74ef0d7f91a141bd217736bef4fe7dc6df3d#360)。
37		- ``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。
38		- ``current``: 当前在CPU上运行的进程。
39		- ``idle``: 当前CPU的Idle进程。
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42## 调度流程
43  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。
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45- **主动调度**
46	- ``__schedule``和``schedule``函数：
47		- ``__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。
48		- ``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**。
49		- 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：
50			- ``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。
51			- ``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。
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53- **时钟调度**
54  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：
55	- ``LocalApicTimer::handle_irq``: 中断处理函数
56		- ``ProcessManager::update_process_times``: 更新当前进程的时钟信息（统计运行时等）
57		 - ``scheduler_tick``: 调度子系统tick入口
58		 	- ``CompletelyFairScheduler::tick``: 以cfs为例，此为cfs调度算法的tick入口
59		 		- ``CfsRunQueue::entity_tick``: 对所有调度实体进行tick
60		 		 - ``CfsRunQueue::update_current``: 更新当前运行任务的运行时间及判断是否到期
61		 		 	- ``CfsRunQueue::account_cfs_rq_runtime``: 计算当前队列的运行时间
62		 		 	 - ``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``.
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64	- 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``进行调度。
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