数据结构

在理解框架之前,需要先了解一下调度器框架所需要的数据结构。

  • 通常的操作系统中,进程池是很大的(虽然在 ucore 中,MAX_PROCESS 很小)。在 ucore 中,调度器引入 run-queue(简称 rq,即运行队列)的概念,通过链表结构管理进程。
  • 由于目前 ucore 设计运行在单 CPU 上,其内部只有一个全局的运行队列,用来管理系统内全部的进程。
  • 运行队列通过链表的形式进行组织。链表的每一个节点是一个 list_entry_t,每个 list_entry_t 又对应到了 struct proc_struct *,这其间的转换是通过宏 le2proc 来完成 的。具体来说,我们知道在 struct proc_struct 中有一个叫 run_link 的 list_entry_t,因此可以通过偏移量逆向找到对因某个 run_list 的 struct proc_struct。即进程结构指针 proc = le2proc(链表节点指针, run_link)。
  • 为了保证调度器接口的通用性,ucore 调度框架定义了如下接口,该接口中,几乎全部成员变量均为函数指针。具体的功能会在后面的框架说明中介绍。
1     struct sched_class {
2        // 调度器的名字
3        const char *name;
4        // 初始化运行队列
5        void (*init) (struct run_queue *rq);
6        // 将进程 p 插入队列 rq
7        void (*enqueue) (struct run_queue *rq, struct proc_struct *p);
8        // 将进程 p 从队列 rq 中删除
9        void (*dequeue) (struct run_queue *rq, struct proc_struct *p);
10        // 返回 运行队列 中下一个可执行的进程
11        struct proc_struct* (*pick_next) (struct run_queue *rq);
12        // timetick 处理函数
13        void (*proc_tick)(struct  run_queue* rq, struct proc_struct* p);
14    };
  • 此外,proc.h 中的 struct proc_struct 中也记录了一些调度相关的信息:
1    struct proc_struct {
2        // . . .
3        // 该进程是否需要调度,只对当前进程有效
4        volatile bool need_resched;
5        // 该进程的调度链表结构,该结构内部的连接组成了 运行队列 列表
6        list_entry_t run_link;
7        // 该进程剩余的时间片,只对当前进程有效
8        int time_slice;
9        // round-robin 调度器并不会用到以下成员
10        // 该进程在优先队列中的节点,仅在 LAB6 使用
11        skew_heap_entry_t  lab6_run_pool;
12        // 该进程的调度优先级,仅在 LAB6 使用
13        uint32_t lab6_priority;
14        // 该进程的调度步进值,仅在 LAB6 使用
15        uint32_t lab6_stride;
16    };

在此次实验中,你需要了解 default_sched.c 中的实现 RR 调度算法的函数。在该文件中,你可以看到 ucore 已经为 RR 调度算法创建好了一个名为 RR_sched_class 的调度策略类。

通过数据结构 struct run_queue 来描述完整的 run_queue(运行队列)。它的主要结构如下:

1    struct run_queue {
2        //其运行队列的哨兵结构,可以看作是队列头和尾
3        list_entry_t run_list;
4        //优先队列形式的进程容器,只在 LAB6 中使用
5        skew_heap_entry_t  *lab6_run_pool;
6        //表示其内部的进程总数
7        unsigned int proc_num;
8        //每个进程一轮占用的最多时间片
9        int max_time_slice;
10    };

在 ucore 框架中,运行队列存储的是当前可以调度的进程,所以,只有状态为 runnable 的进程才能够进入运行队列。当前正在运行的进程并不会在运行队列中,这一点需要注意。

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