__schedule的一些小细节

（代码主要参考5.10）

1. __schedule的参数preempt

static void __sched notrace __schedule(bool preempt)

preempt是一个bool的类型的值。

在__schedule中有这样的一段代码，（有删减）：

switch_count = &prev->nivcsw;
​
prev_state = prev->state;
if (!preempt && prev_state) {
    if (signal_pending_state(prev_state, prev)) {
        prev_state = TASK_RUNNING;
    } else {
        ......;
        deactivate_task(rq, prev, DEQUEUE_SLEEP | DEQUEUE_NOCLOCK);
        ......;
    }
    switch_count = &prev->nvcsw;
}
​
......;
if (likely(prev != next)) {
    ......;
    ++switch_context;
}

preempt代表是否自愿上下文切换。如果是自愿（非抢占进行调度），则为false；如果是非自愿（抢占进行调度），则为true。

struct task_struct有两个成员nvcsw和nivcsw。

nvcsw	nivcsw
Number of Voluntary Context Switches（自愿上下文切换的计数）	Number of InVoluntary Context Switches（非自愿上下文切换计数）

当一个进程非自愿上下文切换的时候，即被抢占的时候，会少判断一些内容；

而当一个进程自愿上下文切换的时候，即主动放弃CPU的时候，要进行一些判断，会决定prev的状态，是否出队，以及负载均衡的一些操作，这里就不详细描述了。

至于哪些函数，会触发调度__schedule，它们分别是抢占还是非抢占呢？5.10中如下所示：

function	preempt
do_task_dead	false
schedule	false
schedule_idle	false
preempt_schedule_comm	true
preempt_schedule_notrace	true
preempt_schedule_irq	true

这些函数留给后续分析吧。

2. pick_next_task的两条路径

pick_next_task函数在__schedule中调用，挑选下一个要执行的进程。

static inline struct task_struct *
pick_next_task(struct rq *rq, struct task_struct *prev, struct rq_flags *rf)
{
    ......;
    if (likely(prev->sched_class <= &fair_sched_class &&
            rq->nr_running == rq->cfs.h_nr_running)) {---短路径    
        p = pick_next_task_fair(rq, prev, rf);
        ......; 
    }
restart:
    ......;
    for_each_class(class) {---长路径
        p = class->pick_next_task(rq);
        ......;
    }
}

是走长路径、还是短路径呢？判断条件为：当前进程的调度类是否为cfs或者idle以及运行队列的进程数量是否与cfs运行队列的进程数量相等。

cfs_rq中除了h_nr_running外，还有一个nr_running，以及rq中也存在一个nr_running，它们分别代表什么？

成员	解释
rq的nr_running	代表运行队列的进程个数
cfs_rq的nr_running	开启组调度的话，代表组调度最上层的group个数
cfs_rq的h_nr_running	代表cfs_rq中的进程个数

3. context_switch的四种情况

挑选出下一个要执行的进程next后，要使用context_switch进行地址空间的切换。

static __always_inline stuct rq *
context_switch(struct rq *rq, struct task_struct *prev,
        struct task_struct *next, struct rq_flags *rf)
{
    ......;
    if (!next->mm) {
        enter_lazy_tlb(prev->active);
        
        next->active_mm = prev->active_mm;
        if (prev->mm)
            mmgrab(prev->active_mm);
        else
            prev->active_mm = NULL;
    } else {
        membarrier_switch_mm(rq, prev->active_mm, next->mm);
​
        switch_mm_irqs_off(prev->active_mm, next->mm, next);
​
        if (!prev->mm) {
            rq->prev_mm = prev->active_mm;
            prev->active_mm = NULL;
        }
    }
    ......;
    switch_to(prev, next, prev);
    barrier();
​
    return finish_task_switch(prev);
}

所谓的四种情况，其实就是prev和next分别是user线程还是kernel线程的组合情况。

prev	next	操作
kernel	kernel	tlb lazy模式，next借用prev的active_mm，prev的active_mm清空
user	kernel	tlb lazy模式，next借用prev的active_mm，prev的mm_count增加计数
kernel	user	地址空间切换，rq记录prev_mm，将prev->active_mm清空
user	user	进程地址空间切换

Q1：什么是tlb lazy模式？

tlb是什么？是一个虚拟地址转换成物理地址的快速转换表，常用于cache寻址中。

通常CPU都是进程切换一次，进行一次flush（后面有其他不用全部flush的方法，不详细描述了）。

而内核空间是所有进程通用的，故可以不用flush tlb，这就是tlb lazy模式。

Q2：mm与active_mm区别？

mm的存在与否用于判定该进程是属于user还是kernel；

active_mm则为实际使用的地址空间，kernel线程总是借用user线程的地址空间。

可以看到，每次kernel线程被切换出去后，它的active_mm就会被清空，因为是借用的；而每次user线程切换kernel的时候，还会增加一个计数值，用于表示该user线程的地址空间被借用了。

4. switch_to的三个参数

switch_to的工作主要是切换内核栈，它的具体实现就不在这里分析。

不同的体系架构下也不一样，例如，X86的实现主要使用将当前寄存器的一些值压到prev的内核栈，将内核栈顶指针保存到每个进程相关联的thread_info，然后切换到next的内核栈，并出栈，将其栈中内容填充到寄存器，以恢复现场。

switch_to三个参数，其中两个prev的考虑：

设想场景如下：a切换到b，b切换到c，c切换到a。

a压栈时内容：prev为a，next为b；

b压栈时内容：prev为b，next为c；

c压栈时内容：prev为c，next为a。

c切换a，出栈之后呢？

prev为a，next为b

可以看到完全没有c的事了。我们必须得留下c存在过的痕迹。

故这里使用三个参数，其中两个prev，用来留下最新的prev的痕迹。

5. finish_task_switch与context_switch的联动

为什么一定要留下最新的prev的痕迹呢？你有没有想过？

finish_task_switch的参数就是prev，就是因为它使用到了prev，所以才得留下它。

finsih_task_switch其实涉及到的东西蛮多，计算vtime，perf追踪点等等。

但就在进程调度过程中，还有一个细节没有处理，还记得是什么吗，参见finish_task_switch的部分代码：

struct mm_struct *mm = rq->prev_mm;
​
......;
​
if (mm) {
    membarrier_mm_sync_core_before_usermode(mm);
    mmdrop(mm);
​
}

如果从user到kernel，那么得给借用的mm增加一个计数；

但是什么时候减去呢？

一旦从kernel到user，rq就记录下prev使用的active_mm，在finish_task_switch中减去这个计数。

有道词典

static void __s ...

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静态孔隙__sched notrace __schedule (bool抢占)