什么是調度？按照某種調度算法，從進程的ready隊列中選擇進程給CPU。
為什么要調度？為了最大限度的利用CPU。

調度相關結構體

task_struct

我們先把task_struct中和調度相關的結構拎出來：
struct task_struct {
......
/*
*調度類。用 sched_class 對調度器進行抽象
*Stop調度器:stop_sched_class
*Deadline調度器:dl_sched_class
*RT調度器:rt_sched_class
*CFS調度器:cfs_sched_class
*IDLE-Task調度器:idle_sched_class
*/
const struct sched_class *sched_class;
//CFS調度實體
struct sched_entity  se;
//RT調度實體
struct sched_rt_entity  rt;
......
#ifdef CONFIG_CGROUP_SCHED
//任務組（在每個CPU上都會維護一個CFS調度實體、CFS運行隊列; RT調度實體，RT運行隊列）
struct task_group  *sched_task_group;
#endif
//DL調度實體
struct sched_dl_entity  dl;
......
/*
*進程的調度策略,有6種。
*限期進程調度策略:SCHED_DEADLINE。DL調度器
*實時進程調度策略:SCHED_FIFO，SCHED_RR。RT調度器
*普通進程調度策略:SCHED_NORMAL，SCHED_BATCH，SCHED_IDLE。CFS調度器
*/
unsigned int   policy;
......
}

• struct sched_class 對調度器進行抽象，一共分為5類：

1. Stop調度器：優(yōu)先級最高的調度類，可以搶占其他所有進程，不能被其他進程搶占；
2. Deadline調度器：使用紅黑樹，把進程按照絕對截止期限進行排序，選擇最小進程進行調度運行；
3. RT調度器：為每個優(yōu)先級維護一個隊列；
4. CFS調度器：采用完全公平調度算法，引入虛擬運行時間概念；
5. IDLE-Task調度器：每個CPU都會有一個idle線程，當沒有其他進程可以調度時，調度運行idle線程；

• unsigned int policy 進程的調度策略有6種，用戶可以調用調度器里的不同調度策略：

1. SCHED_DEADLINE：使task選擇Deadline調度器來調度運行
2. SCHED_RR：時間片輪轉，進程用完時間片后加入優(yōu)先級對應運行隊列的尾部，把CPU讓給同優(yōu)先級的其他進程；
3. SCHED_FIFO：先進先出調度沒有時間片，沒有更高優(yōu)先級的情況下，只能等待主動讓出CPU；
4. SCHED_NORMAL：使task選擇CFS調度器來調度運行；
5. SCHED_BATCH：批量處理，使task選擇CFS調度器來調度運行；
6. SCHED_IDLE：使task以最低優(yōu)先級選擇CFS調度器來調度運行；

• struct sched_entity se；采用CFS算法調度的普通非實時進程的調度實體
• struct sched_rt_entity rt；采用Roound-Robin或者FIFO算法調度的實時調度實體
• struct sched_dl_entity dl;  采用EDF算法調度的實時調度實體

分配給CPU的task，作為調度實體加入到運行隊列中
runqueue 運行隊列 struct rq {
......

//三個調度隊列：CFS調度，RT調度，DL調度
struct cfs_rq cfs;
struct rt_rq rt;
struct dl_rq dl;

......
//idle指向空閑內核線程, stop指向遷移內核線程
struct task_struct *curr, *idle, *stop;
......
}
三個調度隊列：

• struct cfs_rq cfs;  CFS調度隊列
• struct rt_rq rt;  RT調度隊列
• struct dl_rq dl;  DL調度隊列

每個CPU都有一個運行隊列，每個運行隊列中有三個調度隊列，task作為調度實體加入到各自的調度隊列中。

調度流程

調度的本質就是選擇下一個進程來運行，調度的過程分為兩步：

• 1. 設置調度標記

為CPU上正在運行的進程thread_info結構體里的flags成員設置TIF_NEED_RESCHED。
那么，什么時候設置TIF_NEED_RESCHED呢 ？

1. scheduler_tick 時鐘中斷
2. wake_up_process 喚醒進程的時候
3. do_fork 創(chuàng)建新進程的時候
4. smp_send_reschedule 負載均衡的時候
5. set_user_nice 修改進程nice值的時候

以上情況下都會通過 resched_curr 來設置進程thread_info結構體里的flags成員為TIF_NEED_RESCHED。以 scheduler_tick 和 wake_up_process 為例：
關于是否需要設置TIF_NEED_RESCHED的依據(jù)涉及到具體的調度算法，等我們講到具體調度器時再詳細講。

• 2. 執(zhí)行調度

kernel判斷當前進程標記是否為TIF_NEED_RESCHED，是的話調用 schedule 函數(shù)切換上下文，kernel空間是可以關搶占的，user空間是無法關搶占的。搶占可分為內核態(tài)搶占和用戶態(tài)搶占

1. 用戶態(tài)搶占

ret_to_user是系統(tǒng)調用，異常觸發(fā)，中斷處理完成后都會調用的函數(shù)。

1. 內核態(tài)搶占

進程切換上下文 context_switch

通過上面我們知道執(zhí)行調度的時候發(fā)生在 _schedule 函數(shù)里。
重點是其中的兩個函數(shù)，一個是選擇需要切換任務的 pick_next_task，另外一個是完成進程上下文切換 context_switch。
關于選擇task的策略涉及到不同的調度類，等我們講到具體調度器的時候再展開，這里重點講下上下文切換的函數(shù) context_switch，進程上下文切換主要涉及到兩部分主要過程：進程地址空間切換和處理器狀態(tài)切換：

• 進程的地址空間切換

將下一個進程的pgd虛擬地址轉化為物理地址存放在ttbr0_el1中(這是用戶空間的頁表基址寄存器)，當訪問用戶空間地址的時候mmu會通過這個寄存器來做遍歷頁表獲得物理地址。完成了這一步，也就完成了進程的地址空間切換，確切的說是進程的虛擬地址空間切換。

• 寄存器狀態(tài)切換

其中x19-x28是arm64 架構規(guī)定需要調用保存的寄存器，可以看到處理器狀態(tài)切換的時候將前一個進程（prev）的x19-x28，fp,sp,pc保存到了進程描述符的cpu_contex中，然后將即將執(zhí)行的進程(next)描述符的cpu_contex的x19-x28，fp,sp,pc恢復到相應寄存器中，而且將next進程的進程描述符task_struct地址存放在sp_el0中，用于通過current找到當前進程，這樣就完成了處理器的狀態(tài)切換。