【INT的内核笔记】梳理sleep_avg，prio，activated，timestamp，last_ran等重要调度变量

1. sleep_avg

1.1 sleep_avg简介

sleep_avg处在task_struct数据结构中，

sleep其实和平均没有什么关系，是一个睡眠时间评估值，命名可能有历史原因。

直接关系到进程动态优先级prio的计算：

动态优先级prio = 静态优先级static_prio - CURRENT_BONUS(p) + 5
CURRENT_BONUS(p)和p->sleep_avg是正相关的，prio越小越好，因此：
sleep_avg越大，调用effective_prio(p)重新计算动态优先级时，动态优先级提高得越多。

1.2 sleep_avg相关数学关系

涉及到的一些数学关系(都是经验公式，不必太深究)：

• 平均睡眠时间sleep_avg ↑，CURRENT_BONUS§ ↑，prio的增量 ↑；

• 平均睡眠时间sleep_avg ↓，CURRENT_BONUS§ ↓，

  sleep_avg增长量相关值MAX_BONUS - CURRENT_BONUS§ ↑；

• 动态优先级prio = 静态优先级static_prio - CURRENT_BONUS§ + MAX_BONUS / 2，

  MAX_BONUS / 2 = 5，

  动态优先级prio = 静态优先级static_prio - CURRENT_BONUS§ + 5；

• CURRENT_BONUS§就是ULK中所说的bonus，与sleep_avg正相关；

1.3 sleep_avg的更新

sleep_avg一般在recalc_task_prio()中被更新，也会在schedule中被直接更新。

sleep_avg的更新如下：

• 被唤醒时，经由以下调用链在recalc_task_prio()中更新：

  ... --> 上层wake_up相关封装 --> try_to_wake_up() --> activate_task()--> recalc_task_prio()
  

  主要是在sleep_avg中加上睡眠时间sleep_time

  (会乘以一些倍率，也有不同的上限，具体见recalc_task_prio())；

• 从TASK_INTERRUPTIBLE被唤醒后，在正式被调度到时，经由以下调用链在recalc_task_prio()中更新：

  ... --> schedule() --> recalc_task_prio()
  

  主要是在sleep_avg中加上被唤醒之后，到被真正被调度到这一段时间delta

  (会根据是被中断等等唤醒，还是被系统调用等等唤醒(最典型就是信号唤醒)，乘以一些倍率)；

• 当进程主动放弃CPU或被剥夺CPU，也就是在schedule()作为prev时，经由以下调用链在schedule()中更新：

  ... --> schedule()
  

  主要是减去运行时间run_time

  (会根据由sleep_avg计算出的CURRENT_BONUS，乘以一些倍率，
  sleep_avg越大，倍率越小，减掉的run_time越小)

• 在sched_exit()时候，更新其父进程的平均睡眠时间p->parent->sleep_avg，还未研究清楚；

2. prio

2.1 prio简介

prio一般称作动态优先级或者实际优先级，

实际优先级其实更贴切，因为在实时进程中prio是不会随着进程运行时间而改变的,

不过之前的笔记都称之为动态优先级，因此还是继续沿用算了。

动态优先级prio正是用于在发生调度时挑选进程的。

如上一节所述，普通进程的prio计算公式为：

动态优先级prio = 静态优先级static_prio - CURRENT_BONUS(p)  + 5；

2.2 prio的更新

• 伴随着sleep_avg，一起在recalc_task_prio()中更新，可参考上一节；

• 在scheduler_tick()中，普通进程在消耗完时间片时直接调用effective_prio()进行更新。

  我之前很疑惑，为什么在scheduler_tick()要进行更新prio的操作？

  现在大致有了一点思路，分析schedule()函数可以得知，schedule()在

  prev->sleep_avg -= run_time;
  

  这一步之后，并没有任何关于更新prio的操作了，而schedule()关于prio更新的操作，也只限于next是被唤醒的。

  所以对于在TASK_RUNNING状态被切换的prev进程，重新切换回来之后，要怎么更新prio呢？

  我觉得scheduler_tick()中的这个prio更新步骤，就是为了解决这个问题的；

• 在wake_up_new_task()中，直接调用effective_prio()进行更新。

  这个看名字就知道，是进程被创建之后计算prio了；

• 在set_user_nice()，直接执行p->prio += delta进行更新。

  用户直接更新static_prio的一个系统调用，static_prio更新了，prio自然要一起更新；

3. activated

3.1 activated简介

activated表达的是从什么状态被唤醒，所以这是在什么时候设置的呢？

那当然是在被唤醒，也就是try_to_wake_up()函数中被设置的。

我之前混淆了这两个概念：

• 从什么状态进入睡眠；
• 从什么状态被唤醒；

activated有以下几个值：

• 0，进程处于TASK_RUNNING状态；

• 1，进程处于TASK_INTERRUPTIBLE或者TASK_STOPPED状态，

  而且正在被系统调用服务例程或内核线程唤醒。

  常见例子就是被信号唤醒；

• 2，进程处于TASK_INTERRUPTIBLE或者TASK_STOPPED状态，

  而且正在被ISR或者可延迟函数唤醒。

  常见例子就是IO中断；

• -1，表示从UNINTERRUPTIBLE状态被唤醒。

  据实验和源码，普通文件read()进入睡眠后，就是UNINTERRUPTIBLE状态；

3.2 activated的更新

• 在try_to_wake_up()中设置，

  如果当前进程是被从TASK_UNINTERRUPTIBLE状态唤醒，则直接设置activated = -1;

  否在会在调用activate_task()后，在activated_task()中设置，具体如下：

  	recalc_task_prio(p, now);// 为何在recalc_task_prio()才设置呢？// 因为在recalc_task_prio()依靠0和-1来区分// TASK_UNINTERRUPTIBLE和TASK_INTERRUPTIBLEif (!p->activated) {
        if (in_interrupt())// 如被中断处理等等唤醒p->activated = 2;else {
        // 如被系统调用等等唤醒p->activated = 1;}}p->timestamp = now;
  

• 在schedule()中设置，

  当选定next进程后，也就是即将占用CPU的进程，会将其activated值置为0。

  	/*** 正式被选择了，所以activated清零。*/ next->activated = 0;
  

4. timestamp, last_ran

4.1 timestamp, last_ran简介

• timestamp，时间戳，主要用于now - timestamp求出睡眠时长、运行时长等；

• last_ran，最近被在schedule()作为prev进程被切换出去的时间，如何起作用还未详细研究，

  关于last_ran的更新不单独讲了，暂时只发现下面代码段中和timestamp一起被设置；

4.2 timestamp的更新

• 在try_to_wake_up() --> activate_task()被设置，在recalc_task_prio()之后设置。

  这里更新timestamp作用之一是，之后在schedule()中计算唤醒后到被调度到的等待时间；

• 在schedule()中，prev在被切换出去时会设置timestamp，如下：

  switch_tasks:.../*** 更新prev的时间戳，暂时发现了以下两点作用，可能不全：* 1.schedule()其中一个步骤是把TASK_INTERRUPTIBLE的进程移出可执行队列，* 但是，我们会发现在那个代码段中timestamp没有设置，而陷入睡眠的时间戳是需要设置的，* 答案就是，在这步中统一设置。* 内核的一点小优化，内核中不少代码在不同情境有种不同语义。* * 2.注意下面prev != next这个判断，当不满足条件也就是next == prev时，* 这时候的代码段中是没有对于next->timestamp的设置的。* 原因也是在于prev->timestamp这步，在这种情况下相当于设置next->timestamp。* 一句多义，感觉是挺巧妙的。*/prev->timestamp = prev->last_ran = now;sched_info_switch(prev, next);if (likely(prev != next)) {
        /* prev和next不同，需要切换 */next->timestamp = now;...}  else/* 如果prev和next是同一个进程，就不做进程切换。当prev仍然是当前活动集合中的最高优先级进程时，这是有可能发生的。 */spin_unlock_irq(&rq->lock)
  

• 在schedule()中，next在被切换进来时会设置timestamp，如上；

• 在新创建进程时的相关函数wake_up_new_task()和sched_fork()中被设置，还未详细研究；

• 在多CPU间负载均衡的相关函数__migrate_task()和pull_task()中被设置，还未详细研究；

参考

baoyou.xie Linux 2.6.12代码注释
《深入理解linux内核》