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调度触发与执行的心智模型 ​

本文总结 Linux 内核调度的两个核心问题：何时触发调度（触发逻辑）和如何选择下一个任务（执行逻辑）。

一、调度触发逻辑 ​

调度触发的核心思想：各种事件通过设置 TIF_NEED_RESCHED 标志「挂号」，但不立即切换任务，而是延迟到安全点统一执行。

1.1 触发源：谁设置 TIF_NEED_RESCHED ​

所有触发源最终都通过 resched_curr() 或 resched_curr_lazy() 设置标志：

触发场景最终调用位置
时钟中断 tickresched_curr() / resched_curr_lazy()sched_tick() → task_tick()
唤醒高优先级任务resched_curr()try_to_wake_up() → ttwu_queue()
负载均衡resched_curr()load_balance() → pull_task()
优先级变更resched_curr()set_user_nice() / sched_setscheduler()
Core Scheduling force idleresched_curr()task_tick_core()

其中 sched_tick() 的内部调用链：

sched_tick()
  ├─ donor->sched_class->task_tick()
  │   └─ entity_tick()
  │       └─ update_curr()
  │           └─ update_deadline()  → vruntime >= deadline 时返回 true
  │               └─ resched_curr_lazy()  → 设置 TIF_NEED_RESCHED_LAZY
  │
  └─ task_tick_core()  → 仅 Core Scheduling 场景
      └─ resched_curr()  → 设置 TIF_NEED_RESCHED

1.2 检查点：哪里消费 TIF_NEED_RESCHED ​

                    ┌─────────────────────────────┐
                    │      resched_curr()         │
                    │  set TIF_NEED_RESCHED       │
                    └──────────────┬──────────────┘
                                   │
        ┌──────────────────────────┼──────────────────────────┐
        ↓                          ↓                          ↓
┌───────────────────┐  ┌─────────────────────┐  ┌────────────────────┐
│ 返回用户态         │  │ 中断返回内核态       │  │ preempt_count → 0  │
│ syscall/irq/      │  │ raw_irqentry_exit_  │  │ __preempt_count_   │
│ exception exit    │  │ cond_resched()      │  │ dec_and_test()     │
└─────────┬─────────┘  └──────────┬──────────┘  └─────────┬──────────┘
          │                       │                       │
          ↓                       ↓                       ↓
      schedule()         preempt_schedule_irq()    preempt_schedule()
          │                       │                       │
          └───────────────────────┼───────────────────────┘
                                  ↓
                           __schedule()

三个检查点的区别：

路径触发条件函数
返回用户态每次 syscall/irq/exception 出口必查exit_to_user_mode_loop()
中断返回内核态preempt_count() == 0preempt_schedule_irq()
preempt_count 归零preempt_enable() 或中断返回preempt_schedule()

设计意图：把调度延迟到安全点（持有锁/原子上下文之外），避免数据竞争。

二、调度执行逻辑 ​

当 __schedule() 被调用后，核心流程如下：

__schedule(sched_mode)
    │
    ├─ 1. 锁定当前 rq，取 prev = rq->curr
    │
    ├─ 2. 处理 prev 状态
    │      ├─ SM_IDLE: rq 空闲，直接选 idle
    │      └─ !preempt && prev->__state:
    │           try_to_block_task()  → 将 prev 移出 runqueue
    │
    ├─ 3. pick_next_task(rq)  ← 核心：选择下一个任务
    │      │
    │      │  按优先级从高到低遍历调度类:
    │      │
    │      │  stop_sched_class     ← 最高优先级，热插拔/CPU down
    │      │      ↓
    │      │  dl_sched_class       ← SCHED_DEADLINE (EDF)
    │      │      ↓
    │      │  rt_sched_class       ← SCHED_FIFO / SCHED_RR
    │      │      ↓
    │      │  fair_sched_class     ← SCHED_NORMAL (CFS/EEVDF)
    │      │      ↓
    │      │  idle_sched_class     ← idle 线程
    │      │
    │      └─ 返回 next 指针
    │
    ├─ 4. context_switch(rq, prev, next)  ← 硬件上下文切换
    │      ├─ switch_mm_irqs_off()  ← 切换地址空间（CR3/TTBR0）
    │      └─ switch_to(prev, next) ← 切换寄存器/内核栈（汇编）
    │
    └─ 5. finish_task_switch()
           ├─ 清理 prev 残留状态
           └─ 释放 rq 锁

2.1 pick_next_task 的调度类层级 ​

调度器采用层级式调度类，高优先级类的任务永远优先于低优先级类：

优先级:  高 ──────────────────────────────→ 低

         stop   dl    rt    fair   idle
         ────   ──    ──    ────   ────
         独占   专用于  RT    普通   空闲
         CPU    实时    任务   任务   任务

pick_next_task() 的伪代码：

c
for_each_class(class) {
    next = class->pick_task(rq);
    if (next)
        return next;
}

2.2 context_switch 的两个阶段 ​

context_switch(rq, prev, next)
    │
    ├─ 阶段1: 切换地址空间（仅用户态任务需要）
    │   └─ switch_mm_irqs_off()
    │       └─ load_new_mm_cr3(next->mm)  ← x86: 写 CR3 寄存器
    │
    └─ 阶段2: 切换执行上下文（所有任务都需要）
        └─ switch_to(prev, next)  ← 汇编实现
            ├─ 保存 prev 的寄存器（SP, PC 等）
            └─ 恢复 next 的寄存器

注意：switch_to() 是三参数宏，因为切换到 next 后，prev 变量已经不存在了，需要第三个参数来保存当前 task 指针以便后续清理。

三、总结 ​

维度触发逻辑执行逻辑
核心问题要不要调度？调谁上来？
关键标志TIF_NEED_RESCHEDrq->nr_running
解耦方式设置 flag 后不立即切换__schedule() 统一执行
安全保证延迟到安全点（关中断/抢占计数检查）持有 rq->lock 串行化

两者通过 TIF_NEED_RESCHED 解耦：触发方只管挂号，执行方统一处理，职责清晰。