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Linux源码阅读笔记04-实时调度类及SMP和NUMA

news 来源：原创 2024/9/28 23:25:36

Linux进程分类
- 实时进程
- 普通进程
如果系统中有一个实时进程并且可执行，调度器总是会选择他，除非有另外一个优先级高的实时进程。
SCHED_FIFO：没有时间片，被调度器选择之后，可以运行任意长的时间。
SCHED_RR：有时间片，进程运行时会减少。

实时调度类分析

实时调度实体sched_rt_entity数据结构

struct sched_rt_entity {struct list_head		run_list; // 专门用于加入到优先级队列当中unsigned long			timeout; // 设置时间超时unsigned long			watchdog_stamp; // 记录jiffies值unsigned int			time_slice; // 时间片unsigned short			on_rq;unsigned short			on_list;struct sched_rt_entity		*back;
#ifdef CONFIG_RT_GROUP_SCHEDstruct sched_rt_entity		*parent; // 指向父RT调度实体/* rq on which this entity is (to be) queued: */// 实时类struct rt_rq			*rt_rq; // RT调度实体所属的实时运行队列/* rq "owned" by this entity/group: */struct rt_rq			*my_q; // RT调度实体所拥有的实时运行队列，用于管理子任务或子组任务
#endif
} __randomize_layout;

实时类

struct rt_rq {struct rt_prio_array	active;unsigned int		rt_nr_running;unsigned int		rr_nr_running;
#if defined CONFIG_SMP || defined CONFIG_RT_GROUP_SCHEDstruct {int		curr; /* highest queued rt task prio */
#ifdef CONFIG_SMPint		next; /* next highest */
#endif} highest_prio;
#endif
#ifdef CONFIG_SMPunsigned long		rt_nr_migratory;unsigned long		rt_nr_total;int			overloaded;struct plist_head	pushable_tasks;#endif /* CONFIG_SMP */int			rt_queued;int			rt_throttled;u64			rt_time;u64			rt_runtime;/* Nests inside the rq lock: */raw_spinlock_t		rt_runtime_lock;#ifdef CONFIG_RT_GROUP_SCHEDunsigned long		rt_nr_boosted;struct rq		*rq;struct task_group	*tg;
#endif
};

实时调度类

const struct sched_class rt_sched_class = {.next			= &fair_sched_class,.enqueue_task		= enqueue_task_rt,// 将一个task加入就绪队列尾部.dequeue_task		= dequeue_task_rt,// 将一个task从就绪队列移除.yield_task		= yield_task_rt, // 主动放弃执行.check_preempt_curr	= check_preempt_curr_rt,// 选择就绪队列的拿个任务将要被调度，prev是将要被调度出的任务，返回是将要被调度的任务.pick_next_task		= pick_next_task_rt,//.put_prev_task		= put_prev_task_rt,.set_next_task          = set_next_task_rt,#ifdef CONFIG_SMP.balance		= balance_rt,.select_task_rq		= select_task_rq_rt,.set_cpus_allowed       = set_cpus_allowed_common,.rq_online              = rq_online_rt,.rq_offline             = rq_offline_rt,.task_woken		= task_woken_rt,.switched_from		= switched_from_rt,
#endif.task_tick		= task_tick_rt,.get_rr_interval	= get_rr_interval_rt,.prio_changed		= prio_changed_rt,.switched_to		= switched_to_rt,.update_curr		= update_curr_rt,#ifdef CONFIG_UCLAMP_TASK.uclamp_enabled		= 1,
#endif
};

选择进程

插入进程

删除进程

SMP和NUMA

SMP（对称多处理器结构）

对称多处理器结构（symmetrical mulit-processing，SMP），在对称多处理器系统中，所有处理器的地位都是平等的，所有CPU共享全部资源，比如内存，总线，中断及IO系统等等，都具有相同的可访问性，消除结构上的障碍，最大的特点是共享资源。

SMP服务器CPU利用率最好的情况下是2-4个CPU，实践证明。
从应用层到架构层，目前商用服务器大体分三类：SMP、NUMA、MPP。
- NUMA优势：以太物理服务器内集成多CPU，使系统具有较高的事务处理能力。由于远程内存访问有延迟，所以需要尽量减少不同CPU模块之间的交互。所以显然，NUMA架构适合OLTP事务处理环境。
- SMP优势：当前使用OTLP程序当中，用户访问一个中断数据库，如果采用SMP架构，他的效率比MPP块。

多处理器系统中，内核需要额外考虑几个问题，确保良好调度。

CPU符合尽可能公平。
进程与系统重某些处理器的亲核性。

NUMA（非一致内存访问结构）

NUMA是多处理器计算机，系统各个CPU都有本地内存都可以支持超快的访问能力，各个处理器之间用总线链接，支持对其他CPU的本地内存访问（但是访问比自己内存慢一点）。

CPU域初始化

物理属性分类
- SMT（Simultaneous Multithreading）：超线程，在单个物理处理核心上同时执行多个线程来提高并行性和吞吐量。
- MC（Multi-core）：多核心，在同一芯片上集成了多个独立的处理核心，每个核心都可以独立运行任务。
- SoC（System on Chip）：处理器，集成了整个计算机系统功能的芯片，包括处理器、内存、输入输出接口等。它将多个硬件组件集成在一个芯片上，实现高度集成和协作。
Linux内核分类
- CONFIG_SCHED_SMT。
- CONFIG_SCHED_MC。
- DIE。
Linux内核多CPU的管理是通过bitmap来管理的，并且定义4种状态：possible/present/online/active。具体源码如下：