什么情况下会发生抢占呢？最常见的现象就是一个进程执行时间太长了，是时候切换到另一个进程了。
那怎么衡量一个进程的运行时间呢？在计算机里面有一个时钟，会过一段时间触发一次时钟中断，通知操作系统，时间又过去一个时钟周期，这是个很好的方式，可以查看是否是需要抢占的时间点。
时钟中断处理函数会调用 scheduler_tick()。
void scheduler_tick(void) { int cpu = smp_processor_id(); // 1. 取出当前 CPU 的运行队列 struct rq *rq = cpu_rq(cpu); // 2. 得到这个队列上当前正在运行中的进程的 task_struct struct task_struct *curr = rq->curr; ...... // 3. 调用这个 task_struct 的调度类的 task_tick 函数，来处理时钟事件 curr->sched_class->task_tick(rq, curr, 0); cpu_load_update_active(rq); calc_global_load_tick(rq); ...... } // 如果当前运行的进程是普通进程，调度类为 fair_sched_class，调用的处理时钟的函数为 task_tick_fair static void task_tick_fair(struct rq *rq, struct task_struct *curr, int queued) { // 根据当前进程的 task_struct，找到对应的调度实体 sched_entity 和 cfs_rq 队列，调用 entity_tick struct cfs_rq *cfs_rq; struct sched_entity *se = &curr->se; for_each_sched_entity(se) { cfs_rq = cfs_rq_of(se); entity_tick(cfs_rq, se, queued); } ...... } static void entity_tick(struct cfs_rq *cfs_rq, struct sched_entity *curr, int queued) { // 更新当前进程的 vruntime update_curr(cfs_rq); update_load_avg(curr, UPDATE_TG); update_cfs_shares(curr); ..... if (cfs_rq->nr_running > 1) // 检查是否是时候被抢占了 check_preempt_tick(cfs_rq, curr); } static void check_preempt_tick(struct cfs_rq *cfs_rq, struct sched_entity *curr) { unsigned long ideal_runtime, delta_exec; struct sched_entity *se; s64 delta; // ideal_runtime 是一个调度周期中，该进程运行的理想时间 ideal_runtime = sched_slice(cfs_rq, curr); // sum_exec_runtime 指进程总共执行的实际时间; // prev_sum_exec_runtime 指上次该进程被调度时已经占用的实际时间。 delta_exec = curr->sum_exec_runtime - curr->prev_sum_exec_runtime; // delta_exec 这次调度占用实际时间，如果大于 ideal_runtime，则应该被抢占了 if (delta_exec > ideal_runtime) { resched_curr(rq_of(cfs_rq)); return; } ...... // 取出红黑树中最小的进程 se = __pick_first_entity(cfs_rq); // 如果当前进程的 vruntime 大于红黑树中最小的进程的 vruntime，且差值大于 ideal_runtime，也应该被抢占了 delta = curr->vruntime - se->vruntime; if (delta < 0) return; if (delta > ideal_runtime) resched_curr(rq_of(cfs_rq)); }
当发现当前进程应该被抢占，不能直接把它踢下来，而是把它标记为应该被抢占。
为什么呢？一定要等待正在运行的进程调用 __schedule 才行啊，所以这里只能先标记一下。
标记一个进程应该被抢占，都是调用 resched_curr，它会调用 set_tsk_need_resched，标记进程应该被抢占，但是此时此刻，并不真的抢占，而是打上一个标签 TIF_NEED_RESCHED。
static inline void set_tsk_need_resched(struct task_struct *tsk) { set_tsk_thread_flag(tsk,TIF_NEED_RESCHED); }
另外一个可能抢占的场景是当一个进程被唤醒的时候。
当一个进程在等待一个 I/O 的时候，会主动放弃 CPU。但是当 I/O 到来的时候，进程往往会被唤醒。
这个时候是一个时机。当被唤醒的进程优先级高于 CPU 上的当前进程，就会触发抢占。
try_to_wake_up() 调用 ttwu_queue 将这个唤醒的任务添加到队列当中。
ttwu_queue 再调用 ttwu_do_activate 激活这个任务。
ttwu_do_activate 调用 ttwu_do_wakeup。
这里面调用了 check_preempt_curr 检查是否应该发生抢占。
如果应该发生抢占，也不是直接踢走当前进程，而是将当前进程标记为应该被抢占。
static void ttwu_do_wakeup(struct rq *rq, struct task_struct *p, int wake_flags, struct rq_flags *rf) { check_preempt_curr(rq, p, wake_flags); p->state = TASK_RUNNING; trace_sched_wakeup(p); ...... }
到这里，抢占问题只做完了一半。就是标识当前运行中的进程应该被抢占了，但是真正的抢占动作并没有发生。
抢占的时机
真正的抢占需要时机，也就是需要那么一个时刻，让正在运行中的进程有机会调用一下 __schedule。
这个时机分为用户态和内核态。
对于用户态的进程来讲，从系统调用中返回的那个时刻，是一个被抢占的时机。
64 位的系统调用的链路为：
do_syscall_64->syscall_return_slowpath->prepare_exit_to_usermode->exit_to_usermode_loop
static void exit_to_usermode_loop(struct pt_regs *regs, u32 cached_flags) { while (true) { /* We have work to do. */ local_irq_enable(); if (cached_flags & _TIF_NEED_RESCHED) schedule(); ...... } }
对于用户态的进程来讲，从中断中返回的那个时刻，也是一个被抢占的时机。
在 arch/x86/entry/entry_64.S 中有中断的处理过程。
common_interrupt: ASM_CLAC addq $-0x80, (%rsp) interrupt do_IRQ ret_from_intr: popq %rsp testb $3, CS(%rsp) jz retint_kernel /* Interrupt came from user space */ GLOBAL(retint_user) mov %rsp,%rdi call prepare_exit_to_usermode TRACE_IRQS_IRETQ SWAPGS jmp restore_regs_and_iret /* Returning to kernel space */ retint_kernel: #ifdef CONFIG_PREEMPT bt $9, EFLAGS(%rsp) jnc 1f 0: cmpl $0, PER_CPU_VAR(__preempt_count) jnz 1f call preempt_schedule_irq jmp 0b
中断处理调用的是 do_IRQ 函数，中断完毕后分为两种情况，一个是返回用户态，一个是返回内核态。
先来看返回用户态这一部分，retint_user 会调用 prepare_exit_to_usermode，最终调用 exit_to_usermode_loop，和上面的逻辑一样，发现有标记则调用 schedule()。
对内核态的执行中，被抢占的时机一般发生在 preempt_enable() 中。
在内核态的执行中，有的操作是不能被中断的，所以在进行这些操作之前，总是先调用 preempt_disable() 关闭抢占，当再次打开的时候，就是一次内核态代码被抢占的机会。
preempt_enable() 会调用 preempt_count_dec_and_test()，判断 preempt_count 和 TIF_NEED_RESCHED 是否可以被抢占。
如果可以，就调用 preempt_schedule->preempt_schedule_common->__schedule 进行调度。
#define preempt_enable() do { if (unlikely(preempt_count_dec_and_test())) __preempt_schedule(); } while (0) #define preempt_count_dec_and_test() ({ preempt_count_sub(1); should_resched(0); }) static __always_inline bool should_resched(int preempt_offset) { return unlikely(preempt_count() == preempt_offset && tif_need_resched()); } #define tif_need_resched() test_thread_flag(TIF_NEED_RESCHED) static void __sched notrace preempt_schedule_common(void) { do { ...... __schedule(true); ...... } while (need_resched())
在内核态也会遇到中断的情况，当中断返回的时候，返回的仍然是内核态。
这个时候也是一个执行抢占的时机，在上面中断返回的代码中返回内核的那部分代码，调用的是 preempt_schedule_irq。
asmlinkage __visible void __sched preempt_schedule_irq(void) { ...... do { preempt_disable(); local_irq_enable(); __schedule(true); local_irq_disable(); sched_preempt_enable_no_resched(); } while (need_resched()); ...... }