1.1 进程•从教科书上，我们都能知道：进程是资源分配的最小单位，而线程是CPU 调度的的最小单位。
•进程不仅包括可执行程序的代码段，还包括一系列的资源，比如：打开的文件、内存、CPU时间、信号量、多个执行线程流等等。
而线程可以共享进程内的资源空间。
•在Linux内核中，进程和线程都使用struct task_struct结构来进行抽象描述。
•进程的虚拟地址空间分为用户虚拟地址空间和内核虚拟地址空间，所有进程共享内核虚拟地址空间，没有用户虚拟地址空间的进程称为内核线程。
Linux内核使用task_struct结构来抽象，该结构包含了进程的各类信息及所拥有的资源，比如进程的状态、打开的文件、地址空间信息、信号资源等等。
task_struct结构很复杂，下边只针对与调度相关的某些字段进行介绍。
struct task_struct{/* ... *//* 进程状态*/volatile long state;/* 调度优先级相关，策略相关*/int prio;int static_prio;int normal_prio;unsigned int rt_priority;unsigned int policy;/* 调度类，调度实体相关，任务组相关等*/const struct sched_class *sched_class;struct sched_entity se;struct sched_rt_entity rt;#ifdef CONFIG_CGROUP_SCHEDstruct task_group *sched_task_group;struct sched_dl_entity dl;/* 进程之间的关系相关*//* Real parent process: */struct task_struct __rcu *real_parent;/* Recipient of SIGCHLD, wait4() reports: */struct task_struct __rcu *parent;/* * Children/sibling form the list of natural children: */struct list_head children;struct list_head sibling;struct task_struct *group_leader;/* ... */}1.2 进程状态•上图中左侧为操作系统中通俗的进程三状态模型，右侧为Linux对应的进程状态切换。
每一个标志描述了进程的当前状态，这些状态都是互斥的；•Linux中的就绪态和运行态对应的都是TASK_RUNNING标志位，就绪态表示进程正处在队列中，尚未被调度；运行态则表示进程正在CPU上运行；内核中主要的状态字段定义如下/* Used in tsk->state: */#define TASK_RUNNING 0x0000#define TASK_INTERRUPTIBLE 0x0001#define TASK_UNINTERRUPTIBLE 0x0002/* Used in tsk->exit_state: */#define EXIT_DEAD 0x0010#define EXIT_ZOMBIE 0x0020#define EXIT_TRACE (EXIT_ZOMBIE | EXIT_DEAD)/* Used in tsk->state again: */#define TASK_PARKED 0x0040#define TASK_DEAD 0x0080#define TASK_WAKEKILL 0x0100#define TASK_WAKING 0x0200#define TASK_NOLOAD 0x0400#define TASK_NEW 0x0800#define TASK_STATE_MAX 0x1000/* Convenience macros for the sake of set_current_state: */#define TASK_KILLABLE (TASK_WAKEKILL | TASK_UNINTERRUPTIBLE) #define TASK_STOPPED (TASK_WAKEKILL | __TASK_STOPPED)#define TASK_TRACED (TASK_WAKEKILL | __TASK_TRACED)#define TASK_IDLE (TASK_UNINTERRUPTIBLE | TASK_NOLOAD)1.3 scheduler 调度器•所谓调度，就是按照某种调度的算法，从进程的就绪队列中选取进程分配CPU，主要是协调对CPU等的资源使用。
进程调度的目标是最大限度利用CPU时间。
内核默认提供了5个调度器，Linux内核使用struct sched_class来对调度器进行抽象：1.Stop调度器， stop_sched_class：优先级最高的调度类，可以抢占其他所有进程，不能被其他进程抢占；2.Deadline调度器， dl_sched_class：使用红黑树，把进程按照绝对截止期限进行排序，选择最小进程进行调度运行；3.RT调度器， rt_sched_class：实时调度器，为每个优先级维护一个队列；4.CFS调度器， cfs_sched_class：完全公平调度器，采用完全公平调度算法，引入虚拟运行时间概念；5.IDLE-Task调度器， idle_sched_class：空闲调度器，每个CPU都会有一个idle线程，当没有其他进程可以调度时，调度运行idle线程；Linux内核提供了一些调度策略供用户程序来选择调度器，其中Stop调度器和IDLE-Task调度器，仅由内核使用，用户无法进行选择：•SCHED_DEADLINE：限期进程调度策略，使task选择Deadline调度器来调度运行；•SCHED_RR：实时进程调度策略，时间片轮转，进程用完时间片后加入优先级对应运行队列的尾部，把CPU让给同优先级的其他进程；•SCHED_FIFO：实时进程调度策略，先进先出调度没有时间片，没有更高优先级的情况下，只能等待主动让出CPU；•SCHED_NORMAL：普通进程调度策略，使task选择CFS调度器来调度运行；•SCHED_BATCH：普通进程调度策略，批量处理，使task选择CFS调度器来调度运行；•SCHED_IDLE：普通进程调度策略，使task以最低优先级选择CFS调度器来调度运行；1.4 runqueue 运行队列•每个CPU都有一个运行队列，每个调度器都作用于运行队列；•分配给CPU的task，作为调度实体加入到运行队列中；•task首次运行时，如果可能，尽量将它加入到父task所在的运行队列中（分配给相同的CPU，缓存affinity会更高，性能会有改善）；Linux内核使用struct rq结构来描述运行队列，关键字段如下：/** This is the main, per-CPU runqueue data structure. ** Locking rule: those places that want to lock multiple runqueues* (such as the load balancing or the thread migration code), lock* acquire operations must be ordered by ascending &runqueue.*/struct rq {/* runqueue lock: */raw_spinlock_t lock;/** nr_running and cpu_load should be in the same cacheline because* remote CPUs use both these fields when doing load calculation.*/unsigned int nr_running;/*三个调度队列：CFS调度，RT调度，DL调度*/struct cfs_rq cfs;struct rt_rq rt;struct dl_rq dl;/* stop指向迁移内核线程，idle指向空闲内核线程*/struct task_struct *curr, *idle, *stop;/* ... */}1.5 task_group 任务分组•利用任务分组的机制，可以设置或限制任务组对CPU的利用率，比如将某些任务限制在某个区间内，从而不去影响其他任务的执行效率；•引入task_group后，调度器的调度对象不仅仅是进程了，Linux内核抽象出了sched_entity/sched_rt_entity/sched_dl_entity描述调度实体，调度实体可以是进程或task_group；•使用数据结构struct task_group来描述任务组，任务组在每个CPU上都会维护一个CFS调度实体、CFS运行队列，RT调度实体，RT运行队列；Linux内核使用struct task_group来描述任务组，关键的字段如下：/*task group related information*/struct task_group{/* ... *//* 为每个CPU都分配一个CFS调度实体和CFS运行队列*/#ifdef CONFIG_FAIR_GROUP_SCHED/* schedulable entities of this group on each cpu */struct sched_entity **se;/* runqueue "owned" by this group on each cpu */struct cfs_rq **cfs_rq;unsigned long shares;#endif/* 为每个CPU都分配一个RT调度实体和RT运行队列*/#ifdef CONFIG_RT_GROUP_SCHEDstruct sched_rt_entity **rt_se;struct rt_rq **rt_rq;struct rt_bandwidth rt_bandwidth;#endif/* task_group之间的组织关系*/struct rcu_head rcu;struct list_head list;struct task_group *parent;struct list_head siblings;struct list_head children;/* ... */};3. 调度程序调度程序依靠几个函数来完成调度工作的，下边将介绍几个关键的函数。