Linux Process & CF scheduling
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The document discusses Linux process and scheduling concepts. It describes the key data structures used to represent processes like task_struct and thread_info. It covers process states, creation via fork(), exec(), and termination. Scheduling policies like CFS and priorities are explained. Core scheduling functions like schedule() and how runqueues and load weights work are summarized.
![Process priorityPriority kernel internalInteger value (0~139)nice values[-20~19] are map to [100~139][0~99] for realtime processes](https://image.slidesharecdn.com/scheduling-110719054347-phpapp02/85/Linux-Process-CF-scheduling-17-320.jpg)
Linux Process & CF scheduling
- 2. Process
- 3. ProcessProgram in the midst of executionHow to create new processfork(), vfork()exec()
- 4. Data structuretask_structProcess descriptor http://lxr.linux.no/linux+v2.6.39/include/linux/sched.h#L1193Priority(prio, static_prio, normal_prio) Scheduling class(sched_class)Scheduling policy(policy)Link parent, child, sibling, group_leader
- 5. Data structurethread_infohttp://lxr.linux.no/linux+v2.6.39/arch/arm/include/asm/thread_info.h#L50Describe process data accessed by architecture specific codeDifference among other CPUsManaged informationtask_structflags for scheduling(TIF_SIGPANDING, TIF_NEED_RESCHED)cpu number (for multi processor)preempt_count
- 6. Data structurethread_unionhttp://lxr.linux.no/linux+v2.6.39/include/linux/sched.h#L2011Kernel stack & thread_info1 or 2 pages(8KB)Kernel stack size is less then 8K
- 8. Process creation system call fork()Duplicate of the parent's page tablesCreate unique process descriptor for child(pidetc)Copy-on-WriteDelay the copying pagesexec() is called right after fork()vfork()Same as fork() except copying of parent page tableShare parent's address spaceChild first schemeParent is blocked until the child calls exec() or exits
- 9. do_fork()Start point of fork
- 10. copy_process()
- 11. ThreadImplementation threads as same as standard processesOne thread has own task_structpid/ tgidCreate clone() system callclone(CLONE_VM | CLONE_FS | CLONE_FILES | CLONE_SIGHAND, 0);clone(SIGCHLD, 0); // fork()clone(CLONE_VFORK | CLONE_VM | SIGCHLD, 0); // vfork()
- 12. Kernel ThreadsStandard processes running in kernel spaceDo not have an address space(task_struct.mm is NULL)Schedulable, preemptable like normal processkthread_create() for creation
- 14. Scheduling
- 15. SchedulingCoopreativevsPreemptive yieldtimesliceIO bound vs CPU boundLow latency vsHigh throughput
- 16. Process prioritynice Integer value(-20~19, default 0)High nice value correspond to low priorityrenice, setpriority()Realtime priorityAlways higher priority than normal processesInteger value(0~99)
- 17. Process priorityPriority kernel internalInteger value (0~139)nice values[-20~19] are map to [100~139][0~99] for realtime processes
- 18. Fairness schedulingRR on static timeslice100ms(0 nice) vs 95ms(1 nice)10ms(19 nice) vs 5ms (20 nice)A user’s 100 processes vs B user’s 1processPer user based schedulingEnable when kernel buildPer thread level schedulingOne nice value down gets 10% more CPU powervruntime(virtual clock)Support CGroupschedulinghttp://www.mjmwired.net/kernel/Documentation/scheduler/sched-design-CFS.txt
- 21. CFS policySoft real-time policyPosix standardPriority schedulingOne nice level down gets 10% more CPU powerVirtual clockConceptual time considering priorityTask waiting most of time will be scheduled to runTime order is managed by Runqueue
- 26. Dealing with priorityBasicstatic_prioValue inherited by parent or setprio,normal_prioDynamically changed
- 29. RemainingHow to determinevruntimeProcess selectionWhen schedule() function is calledContext switchingSleep and Wake upCgroupHard to understand
Editor's Notes
- #10: wake_up_new_task; in other words, the task structure is added to the scheduler queue뒤쪽에서 스케줄링에서 설명하겠지만 생성된 프로세스는 무조건 한번은 수행되도록 보장함
- #11: Check flag – for clone system call parameterDup_task_struct – 실제 복사가 이루어짐Sched_fork – 스케줄링에 관련된 내용이 복사됨(확인요함)
- #19: Vruntime – 실제 수행된 시간에 prority별로 가중치를 둔 이후, 가장 수행시간이 적은 task 위주로 수행함
- #23: Prio, normal_proi – 동적으로 변함Static_proi- 고정됨Rt_prioroty – realtime인 경우만설정, 그렇지 않은 경우 0,max 99Sched_entity를 갖는 것은 모든지 스케줄링이 될 수 있음Policy는 cpu에 동작할 때의 정책 –sched_normalCpus_allows – bitfield로 특정 cpu에서 동작하는 것을 제한Tile_slice for realtimeß
- #25: Nr_running – 현재 큐에 들어있는 태스크 갯수Load – 가중치를 고려한 테스크의 워크로드Clock은 해당 런큐가 주기적으로 스케줄링을 받도록 계산하기 위하여 사용됨Cpu_load는 이전의 워크로드를 기록 – 로드벨런싱, 그룹핑에 쓰임\\
- #26: 전체 큐의 워크로드런큐 내부적으로 rb를 이용하기 때문에, 그에 필요한 노드On_rq – 현재 스케줄링이 되고 있는지 확인CFS를 구현하기 위하여 필요한 시간 값Task_struct가 sched_entity를 가지고 있기 때문에 스케줄링을 받을 수 있음
- #29: weight는 load 즉, 우선순위에 대한 가중치이고 inv_weight는 이의 역수(1/weight)에 해당하는 값이다.weight 값은 nice를 통해 지정할 수 있는 우선순위에 대응하는 값이며 (nice level 0일 때: 1024)sched.c 파일의 prio_to_weight[] 배열에 저장되어 있다.참고로 nice (우선순위) 값의 1 차이는 weight 값의 1.25 배 차이이며이는 프로세스가 CPU를 사용하는 시간에 10% 정도 영향을 준다.inv_weight값은 단지 계산을 간편하게 하기 위한 목적으로 도입된 것으로가중치 계산을 위한 나눗셈을 피하기 위해 미리 정해진 충분히 큰 수(2^32)에 나눗셈을 미리 계산해 둔 값이다.