Linux 2.6调度优先级与时间片算法

linux调度过程中调度优先级与时间片算法对象设计与描述：动态优先级的计算主要由 effect_prio() 函数完成，该函数实现相当简单，从中可见非实时进程的优先级仅决定于静态优先级（static_prio）和进程的sleep_avg 值两个因素，而实时进程的优先级实际上是在setscheduler() 中设置的（详见"调度系统的实时性能"，以下仅考虑非实时进程），且一经设定就不再改变。

unsigned long sleep_avg进程的平均等待时间，单位是纳秒（nanosecond），在0 ~ NS_MAX_SLEEP_AVG范围内。

它的实质是进程等待时间和运行时间的差值。

当进程处于等待或者睡眠状态时，该值变大；当进程运行时，该值变小。

上本次休眠时间 sleep_time 就达到了如果不是从TASK_UNINTERRUPTIBLE 休眠中被唤醒的（p->activated!=-1）sleep_avg 是进程的"平均"等待时间，recalc_task_prio() 计算了等待时间，如果不是从 TASK_UNINTERRUPTIBLE 休眠中被唤醒的（p->activated!=-1）系统引入了一个interactive_credit 的进程属性（见"改进后的task_struct"），用来表征该进程是否是交互式进程：只要interactive_credit 超过了CREDIT_LIMIT 的阀值（HIGH_CREDIT()返回真），该进程就被认为是交互式进程。

进程本次运行的时间 run_time交互式进程的 run_time 小于实际运行时间，sleep_avg 越大，则 run_time 减小得越多，因此被切换下来的进程最后计算所得的 sleep_avg 也就越大，动态优先级也随之变大。

交互式进程可以借此获得更多被执行的机会。

run_time 可以用系统当前时间与进程 timestamp（上一次被调度运行的时间）的差值表示，但不能超过NS_MAX_SLEEP_AVG用户进程(p->mm!=NULL)等待得越久，sleep_avg 越大，进程越容易被调度到；而运行得越久，sleep_avg 越小，进程越不容易调度到。

在 wake_up_forked_process() 中，父进程的 sleep_avg 要乘以PARENT_PENALTY/100，而子进程的sleep_avg 则乘以CHILD_PENALTY/100。

实际上PARENT_PENALTY 为100，CHILD_PENALTY 等于95，也就是说父进程的sleep_avg 不会变，而子进程从父进程处继承过来的sleep_avg 会减小5%，因此子进程最后的优先级会比父进程稍低（但子进程仍然会置于与父进程相同的就绪队列上，位置在父进程之前--也就是"前言"所说"子进程先于父进程运行"）。

一个进程结束运行时，如果它的交互程度比父进程低（sleep_avg 较小），那么核心将在sched_exit()中对其父进程的sleep_avg 进行调整，这表明sleep_avg可以表示交互度进程优先级无论什么进程静态优先级固定，实时进程动态优先级也固定利用进程平均等待时间来衡量进程的优先级，使得宏观上相同静态优先级的所有进程的等待时间和运行时间的比值趋向一致，反映了Linux 要求各进程分时共享cpu 的公平性。

另一方面，sleep_avg 还是进程交互式程度的衡量标准。

effective_prio()函数将进程的sleep_avg映射成范围是-MAX_BONUS/2 ~ MAX_BONUS/2的变量bonus，而MAX_BONUS是等于，可见sleep_avg仅能影响的优先级范围在-5 ~ 5之间。

具体的映射是由以下规则完成的：那么进程的动态优先级就等于：（当然必须在MAX_RT_PRIO和MAX_PRIO-1之间）。

可见，sleep_avg和bonus是一个线性关系。

进程的sleep_avg越大，bonus 越大，从而进程的动态优先级也就越高。

函数recalc_task_prio ()先要根据进程被唤醒前的状态（即actived）、interactive_credit等来计算进程的sleep_avginteractive_credit有两处增1的地方，都在函数recalc_task_prio()里面减少interactive_credit只有一处地方减1，在函数schedule()里面。

sleep_avg给进程带来的动态优先级上的奖励最大只有5时间片的计算：time_slice完全只与(p)->static_prio有关进程的时间片time_slice是基于进程静态优先级的，静态优先级越高（值越小），时间片就越大。

计算时间片是同过函数task_timeslice()（kernel/sched.c）来完成的。

该函数也是使用线性映射的方法，将进程优先级[MAX_RT_PRIO, MAX_PRIO-1]映射到时间片[MIN_TIMESLICE, MAX_TIMESLICE]范围内。

通过优先级来计算时间片的等式为：timeslice = MIN_TIMESLICE + ((MAX_TIMESLICE - MIN_TIMESLICE) *(MAX_PRIO-1- (p)->static_prio) / (MAX_USER_PRIO-1))effective_prio()函数返回进程p的动态优先级static int effective_prio(task_t *p){int bonus, prio;如果进程p是个实时进程，那么直接返回该实时进程的prio(实时进程的动态优先级prio不依赖于静态优先级static_prio，两者是否相等???)|----------------------------|| if (rt_task(p)) || return p->prio; ||----------------------------|计算红利bonus:|---------------------------------------------|| bonus = CURRENT_BONUS(p) - MAX_BONUS / 2; ||---------------------------------------------|根据如下公式计算该进程动态优先级prio:与static_prio，sleep_avg有关prio = max ( 100, min(static_prio - bonus + 5, 139) )|------------------------------------|| prio = p->static_prio - bonus; || if (prio < MAX_RT_PRIO) || prio = MAX_RT_PRIO; || if (prio > MAX_PRIO-1) || prio = MAX_PRIO-1; ||------------------------------------|return prio;}A:优先级优先级由两部分构成，一是静态优先级static_prio，一是动态优先级prio。

静态优先级在进程创建的时候就被赋值，并且不变（除非用系统调用改变进程的nice值）；而进程的动态优先级则是跟static_prio和sleep_avg有关。

对于实时进程的优先级在创建的时候就确定了，而且一旦确定以后就不再改变，所以下面部分仅对于非实时进程而言。

具体的计算由函数effecitve_prio()（kernel/sched.c）完成：sleep_avg函数将进程的sleep_avg映射成范围是-MAX_BONUS/2 -- MAX_BONUS/2的变量bonus，而MAX_BONUS 是等于10 ，可见sleep_avg仅能影响的优先级范围在-5 ~ 5之间。

sleep_avg和bonus是一个线性关系。

进程的sleep_avg越大，bonus越大，从而进程的动态优先级也就越高。

B:计算优先级：recalc_task_prio()来计算进程的sleep_av计算进程的动态优先级一般调用两个函数，一个是effective_prio()，一个是recalc_task_prio()。

函数recalc_task_prio ()先要根据进程被唤醒前的状态（即actived）、interactive_credit等来计算进程的sleep_avg,在最后调用effective_prio()来计算函数的动态优先级。

总的来说，有以下几种情况需要计算进程的优先级：a. 创建新进程，使用函数effective_prio()（因为此时进程尚未进行调度，没有sleep_avg和interactive_credit可言）；b. 唤醒等待进程时，使用函数recalc_task_prio ()来计算进程动态优先级。

c. 进程用完时间片以后，被重新插入到active array或者expired array的时候需要重新计算动态优先级，以便将进程插入到队列的相应位置。

此时，使用函数effective_prio()；d. 其他情况，如IDLE进程初始化等时候。

(2) 进程时间片A:时间片的计算：仅有普通进程要计算进程的时间片time_slice是基于进程静态优先级的，静态优先级越高（值越小），时间片就越大。

计算时间片是同过函数task_timeslice()（kernel/sched.c）来完成的。

该函数也是使用线性映射的方法，将进程优先级[MAX_RT_PRIO, MAX_PRIO-1]（这个优先级区间静态优先级是普通进程的）映射到时间片[MIN_TIMESLICE, MAX_TIMESLICE]范围内。

通过优先级来计算时间片的等式为：timeslice = MIN_TIMESLICE + ((MAX_TIMESLICE - MIN_TIMESLICE) *(MAX_PRIO-1- (p)->static_prio) / (MAX_USER_PRIO-1))B:计算时间片在Linux 2.6中时间片的计算是分散的，具体的计算既可以用task_timeslice()，也可以用其他方法。

a. 进程创建时，将父进程的时间片分一半给子进程，同时父进程的时间片减半。

b. 进程用完时间片以后，需要重新计算时间片，并将进程插入到相应的运行队列。