### 详解Linux进程调度策略
#### 一、引言
在深入探讨Linux进程调度策略之前，我们首先简要介绍进程调度的基本概念。进程调度是指操作系统根据一定的算法选择一个处于就绪状态的进程，并将处理机分配给它，使之运行的过程。良好的进程调度策略能够有效地提高系统的整体性能和响应速度。
#### 二、Linux下的进程分类
Linux下的进程被分为五种类别：停止类、截止类、实时类、公平类和空闲类。这些不同类型的进程根据其特点和需求被分配到不同的运行队列中，以便进行高效的调度管理。
1. **停止类**：这类进程通常处于暂停或挂起状态，等待某些条件满足后才能继续运行。
2. **截止类**：该类进程具有特定的时间限制，在这个时间限制内必须完成执行。如果超过这个时间，则会被系统中断。
3. **实时类**：实时进程通常用于对时间有严格要求的应用场景，如工业控制、多媒体应用等。它们具有最高的优先级，可以立即抢占当前正在运行的非实时进程。
4. **公平类**：公平调度器试图公平地分配CPU时间，使得所有进程都能够得到相对平等的处理时间。这是Linux中最常见的调度类型。
5. **空闲类**：这类进程通常只有在没有其他更高优先级的进程需要执行时才会被调度运行。
#### 三、调度策略及实现过程
在Linux内核中，进程调度主要由`schedule()`函数负责，它位于`core.c`文件中(`linux-4.6\kernel\sched`)。`schedule()`函数的调用顺序为：
1. `schedule()`：主调度函数，负责启动整个调度流程。
2. `__schedule()`：实际的调度逻辑函数，包含进程的选择和上下文切换。
3. `pick_next_task()`：从就绪队列中挑选出下一个要执行的进程。
在`__schedule()`函数内部，有一个重要的循环，用于遍历上述提到的五种类别的运行队列，选择下一个可运行的任务。这一过程遵循了类别优先级的排序规则。通常情况下，由于大多数进程属于公平队列，因此内核开发人员使用`likely()`宏来优化这部分代码的性能表现。
#### 四、代码实现关键点解析
1. **优先级排序**：当调度器准备选择下一个要运行的进程时，会首先按照进程所属的类别进行排序，同一类别内的进程则根据其优先级进行进一步的排序。这种排序机制确保了高优先级的进程能够优先获得CPU资源。
```c
for_each_process_class(c, &prio_sorted_tasks) {
likely(try_to_wake_up_fair(c->curr));
next = pick_next_task_fair(c, prev);
if (next)
return next;
}
```
2. **公平队列的优化**：由于大多数进程属于公平队列，因此内核开发者特意针对这一队列进行了性能优化。在遍历队列选择下一个任务时，使用`likely()`宏来预测当前任务可能仍然处于公平队列中，从而减少不必要的检查和分支跳转，提高代码执行效率。
3. **实时进程处理**：对于实时类进程，Linux内核提供了特殊的处理机制。这类进程具有极高的优先级，一旦出现便立即抢占当前运行的非实时进程，确保时间敏感型任务能够及时得到执行。
4. **上下文切换**：当新旧进程被选定之后，系统需要进行上下文切换操作，即保存当前进程的状态并将新的进程加载到CPU上。这一过程涉及到寄存器的保存与恢复、堆栈的切换等多个步骤。
#### 五、总结
通过对Linux进程调度策略及其实现过程的详细介绍，我们可以看出Linux内核在进程管理方面所采用的高效而灵活的方法。从进程的分类到具体的调度算法，再到代码层面的关键优化技巧，每一步都体现了设计者的智慧和对性能的极致追求。对于希望深入了解Linux内核机制或从事系统开发工作的技术人员而言，这些知识不仅是理论上的学习，更是实际工作中不可或缺的宝贵财富。
