Linux进程调度：双队列高效管理

文章目录

前言
1.runqueue调度队列
2.优先级
3.活动队列
4.过期队列
5.active指针与expired指针
总结

前言

进程中的双链表结构：
cpp 复制代码
struct link
{
    struct link* next;
    struct link* prev;
}

struct task_struct
{
    //很多进程属性
     struct link node;
}
通过该结构，再在前面加入头节点，每个结点的内部就会有两个指针指向前一个和后一个结点，增加了链式管理拓展性，代码只需要维护一份

对于linux内核来说，会将所有的进程task_struct统一放在一张双链表里，进程也有运行队列和阻塞队列，让它运行就挂到运行队列里，让它等待阻塞就挂到相应硬件的struct里面

甚至可以不同的结构体对象都用链表链接、甚至二叉树哈希表等数据结构也能链接

1.runqueue调度队列

每一个CPU都有一个调度队列：strcut runqueue{}；时间复杂度O(1)

当进程被唤醒或创建时，它会被添加到runqueue中。调度器周期性地从runqueue中选取进程，基于特定算法（如时间片轮转或公平调度）分配CPU时间。

2.优先级

普通优先级：100~139 （60~99一共40个优先级，对应+40就是分时优先级，所以数组下标-40本质就是优先级数字）

分时优先级：0~99

调度器在从runqueue中选择进程时，会优先考虑高优先级的进程 。一旦确定哪一个队列就FIFO

3.活动队列

活动队列（active queue）是runqueue的一部分，包含当前正在运行或即将运行的进程。这些进程的时间片（即分配给它们的CPU时间）尚未耗尽。活动队列是调度器的主要工作队列。
cpp 复制代码
struct prio_arry_t
{
    nr_active;
    bitmap[5];
    queue[140];
}
nr_active
表示当前处于活动状态的任务数量。这是一个计数器，记录队列中待处理的任务总数。

bitmap[5]
优先级位图（通常用位运算优化）。

作用：快速定位最高优先级的非空任务队列。

结构：数组大小为 5，每个元素是 32 位整数（共 160 位），可覆盖 140 个优先级（需按实际调整）

queue[140]
存储具体任务的队列数组，索引对应优先级。

索引范围：0 到 139 (共 140 级）。

内容：每个 queue[i] 是链表或数组

4.过期队列

过期队列（expired queue）是runqueue的另一个部分，包含那些时间片已经用完的进程。当一个进程的时间片耗尽时，它会被从活动队列移动到过期队列，等待下一次调度机会。

过期队列是活动队列的"备份"。当活动队列为空时，调度器会交换两个队列的角色（通过指针交换)，使过期队列成为新的活动队列。

5.active指针与expired指针

**active指针和expired指针是两个关键指针，用于高效管理活动队列和过期队列。**它们指向相应的队列数据结构，简化队列切换过程。

active指针：指向当前的活动队列。调度器总是从active指针指向的队列中选择进程运行。

expired指针：指向当前的过期队列。当进程时间片用完时，它被添加到expired指针指向的队列。

总结

这些概念共同构成了高效公平的进程调度系统。runqueue作为基础队列，优先级指导调度顺序，活动队列和过期队列分离运行与等待进程，active指针和expired指针通过快速交换实现队列切换。这种设计确保了CPU资源公平分配（如避免进程饥饿），同时保持高性能。