本文根據兩篇部落格總結，它們的地址分別是：
http://blog.csdn.net/giantpoplar/article/details/51791002
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所謂搶佔

• 搶佔式
  
  • 排程程式決定程式何時停止，為其他程式騰出 CPU 資源，這種強制掛起行為就是搶佔。程式被搶佔前執行時間為提前設定好的時間片。
• 非搶佔
  
  • 程式佔據 CPU 資源不放，除非自己主動呼叫 schedule() 函式，這稱為程式讓步。

什麼是排程

排程的原因：現代作業系統都是多工的，為了能讓作業系統更好的發揮多工的特性，需要一個管理程式來管理所有任務，這個程式就是排程程式。

排程程式的功能有：

1. 負責讓那些程式執行，那些程式等待
2. 決定每個程式執行多長時間

此外為了更好地使用者體驗，執行中的程式還可以立即被其他更緊急的程式打斷。

總之排程是一個平衡的過程。一方面，它要保證各個執行的的程式能夠最大限度使用CPU（即儘量少的切換程式），另一方面，保證各個程式公平使用CPU（即防止一個程式長時間獨佔CPU的情況）

排程實現原理

排程主要基於程式優先順序和時間片實現。

程式的優先順序

程式的優先順序有兩種度量方法，一種是nice值，一種是實時優先順序。
nice 值的範圍是 -20~+19，值越大優先順序越低，也就是說 nice 值為-20的程式優先順序最大。
實時優先順序的範圍是 0~99，與 nice 值的定義相反，實時優先順序是值越大優先順序越高。
實時程式都是一些對響應時間要求比較高的程式，因此係統中有實時優先順序高的程式處於佇列的話，它們會搶佔一般程式的執行時間。

程式的實時優先順序高於 nice 值，在核心中，實時優先順序的範圍是 0~MAX_RT_PRIO-1。
MAX_RT_PRIO的定義參見 include/linux/sched.h

    #define MAX_USER_RT_PRIO    100
    #define MAX_RT_PRIO         MAX_USER_RT_PRIO

nice值在核心中的範圍是 MAX_RT_PRIO~MAX_RT_PRIO+40 即 MAX_RT_PRIO~MAX_PRIO

    #define MAX_PRIO            (MAX_RT_PRIO + 40)

一個程式有隻能擁有實時優先順序和 nice 值其中之一。

時間片

有了優先順序，就可以決定誰先執行了。但是對於排程程式來說，並不是執行一次就結束了，必須知道間隔多久進行下次排程。
於是就有了時間片的概念。時間片表示一個程式搶佔前能持續執行的時間。
時間片設定，過大會讓系統響應變慢；過小會產生由於程式頻繁切換帶來的開銷。
預設的時間片一般為 10ms。

排程的實現原理

基本步驟我的理解是：

1. 首先確定每個程式佔用多少 CPU 時間，如利用 nice 值進行計算。
2. 讓佔用 CPU 時間多的先執行。（讓列寧同志先走）
3. 執行完後，扣除執行程式的 CPU 時間，接下來繼續重複這三步。

Linux上排程實現的方法

Linux 上採用了“完全公平排程演算法”，簡稱“CFS”。
CFS 演算法在分配給每個程式 CPU 時間時，不是分配給它們一個 CPU 的絕對時間，而是根據程式的優先順序分配給它們一個佔用 CPU 時間的百分比。

舉例：

程式名	nice值	百分比
程式A	1	10%
程式B	3	30%
程式C	6	60%

由上圖可知，佔據百分比之和就是 100%。所以我的理解是 Linux 下 CFS 演算法的主要步驟有：

1. 計算每個程式的 vruntime，通過 update_curr() 函式更新程式的 vruntime。
2. 選擇具有最小 vruntime 的程式投入執行。
3. 程式執行完後，更新 vruntime，再回到步驟 2。

vruntime 變數存放程式的虛擬執行時間，該執行時間（花在執行上的時間和）是通過對可執行總數的加權後得出的，單位是 ns。計算權重實際上就是計算佔用 CPU 的百分比，通過它得出 vruntime，用來記錄一個程式執行了多長時間以及還應執行多久。

• 時間記賬
  使用 sched_entity 結構體進行記賬，該結構體在 task_struct 中被包含。vruntime 作用上面說過了。
• 程式選擇
  使用紅黑樹存放程式佇列，以 vruntime 為鍵值，每次選擇 vruntime 最小的程式。這裡有用到了一個 trick，使用 leftmost 快取了紅黑樹的最左葉子節點，提高效率（STL也這麼幹了）。
• 排程器入口
  schedule() 函式呼叫 pick_next_task() 函式，按照優先順序從大到小一次檢查每一個排程類，從最高優先順序排程類中，選擇最高優先順序程式。
• 睡眠和喚醒
  睡眠：程式標記為 TASK_INTERRUPTIBLE 或 TASK_UNINTERRUPTIBLE 狀態，從紅黑樹中移除，放入等待佇列，呼叫 schedule 選擇和執行一個其他的程式。
  喚醒：通過 wake_up() 函式喚醒，程式標記為 TASK_RUNNING 狀態，從等待佇列放入紅黑樹中。

上下文切換

• switch_mm() 函式把虛擬記憶體從上一個程式切換到新程式。
• switch_to() 從上一個處理器狀態切換到新處理器狀態，儲存回覆棧暫存器資訊。

呼叫schedule()的時機

• 某個程式應該被搶佔，scheduer_tick 設定為 need_resched。
• 一個優先順序高的程式進入可執行狀態，try_wake_up 設定為 need_resched。
• 從核心返回使用者空間或從中斷返回，核心檢查 need_resched。如果已經設定，核心會在繼續執行之前呼叫排程程式

搶佔時機

使用者搶佔：

1. 從系統呼叫返回使用者空間。
2. 從中斷處理程式返回使用者空間。

核心搶佔：

1. 中斷處理程式正在執行，且返回核心空間之前。
2. 核心程式碼再一次具備可搶佔性的時候（我認為就是出於臨界區之外時）。
3. 如果核心中的程式碼顯示呼叫 schedule()。
4. 如果核心中任務阻塞。

實時排程

SCHED_FIFO：不使用時間片，先入先出。只有更高優先順序別的SCHED_FIFO，SHED_RR 程式才能搶佔，同一級別不能搶佔。
SCHED_RR：帶有時間片，實時輪流排程。時間片耗盡，允許同一級別程式搶佔。