# FIFO调度器    FIFO（First-In-First-Out）调度器是DragonOS中实现的一种实时调度策略。FIFO调度器采用先进先出的调度算法，为实时任务提供确定性的调度行为。 ## 1. 设计概述    FIFO调度器是为实时任务设计的，其核心特点是： 1. **无时间片机制**：FIFO任务一旦获得CPU，将一直运行直到主动释放CPU或被更高优先级的任务抢占 2. **优先级调度**：支持0-99共100个优先级，数字越小优先级越高 3. **同优先级FIFO**：相同优先级的任务严格按照入队顺序执行 ## 2. 数据结构 ### 2.1 FifoRunQueue    `FifoRunQueue`是FIFO调度器的运行队列，每个CPU维护一个实例。 ```rust pub struct FifoRunQueue { queues: Vec>>, // 100个优先级队列 active: u128, // 优先级位图，快速查找最高优先级 nr_running: usize, // 运行队列中的进程数 } ``` **设计要点：** - **多级队列**：使用100个`VecDeque`分别存储不同优先级的进程 - **位图优化**：`active`字段使用128位位图记录哪些优先级队列非空，通过`trailing_zeros()`指令快速定位最高优先级 - **O(1)选择**：利用位图和双端队列，`pick_next()`操作达到O(1)时间复杂度 ### 2.2 FifoScheduler    `FifoScheduler`实现了`Scheduler` trait，提供FIFO调度策略的核心逻辑。 ## 3. 已实现功能 ### 3.1 基础调度操作 | 函数 | 功能 | 实现状态 | |------|------|----------| | `enqueue()` | 将进程加入调度队列 | ✅ 已实现 | | `dequeue()` | 将进程从调度队列移除 | ✅ 已实现 | | `pick_next_task()` | 选择下一个要执行的进程 | ✅ 已实现 | | `yield_task()` | 当前进程主动让出CPU | ✅ 已实现 | ### 3.2 抢占机制 **check_preempt_currnet()**：当有新进程被唤醒时，检查是否需要抢占当前进程 - 如果新进程优先级更高，触发抢占 - 支持实时任务与普通任务之间的抢占 **tick()**：时钟中断处理 - 检查是否有更高优先级的任务进入队列 - 如有则触发重新调度 ### 3.3 调度优先级 FIFO调度器使用与Linux兼容的优先级范围： ```rust pub const MAX_RT_PRIO: i32 = 100; // 实时优先级范围 0-99 ``` - 优先级0：最高优先级 - 优先级99：最低实时优先级 - 优先级>=100：普通进程（CFS调度） ### 3.4 策略切换 通过`ProcessManager::set_fifo_policy()`接口，支持运行时将内核线程切换为FIFO调度策略： ```rust pub fn set_fifo_policy(pcb: &Arc, prio: i32) -> Result<(), SystemError> ``` 该函数会： 1. 验证进程必须是内核线程（KTHREAD标志） 2. 验证优先级在有效范围内（0-99） 3. 处理进程在运行队列中的状态变更 4. 触发抢占检查 ## 4. 调度流程 ### 4.1 进程入队 ``` enqueue() ↓ 计算进程优先级索引 ↓ 加入对应优先级队列尾部 ↓ 更新位图active ↓ nr_running++ ``` ### 4.2 选择下一进程 ``` pick_next_task() ↓ 从位图获取最高优先级（trailing_zeros） ↓ 返回该优先级队列队首进程 ``` ### 4.3 抢占判断 ``` 新进程唤醒 / 时钟中断 ↓ 获取当前进程和新进程优先级 ↓ if (新进程优先级 < 当前进程优先级): // 数字越小优先级越高 ↓ 设置重调度标志 ``` ## 5. Demo功能    通过`fifo_demo` feature可以启用演示功能（`kernel/src/sched/fifo_demo.rs`），该功能创建一个FIFO调度的内核线程： - 设置CPU亲和性为Core 0 - 设置FIFO调度策略，优先级50 - 每5秒输出一次日志 启用方式：在`Cargo.toml`中添加feature并调用`fifo_demo_init()` ## 6. TODO ### 6.1 多核支持 - [ ] 实现多CPU之间的FIFO任务负载均衡 - [ ] 支持任务的CPU亲和性设置与迁移 ### 6.2 调度增强 - [ ] 实现SCHED_RR（时间片轮转）调度策略 - [ ] 支持动态优先级调整 - [ ] 添加调度延迟统计和监控 ### 6.3 实时性保障 - [ ] 实现实时任务带宽限制 - [ ] 添加优先级继承机制（防止优先级反转） - [ ] 支持EDF（最早截止时间优先）调度策略 ### 6.4 用户态接口 - [ ] 实现`sched_setscheduler`系统调用 ### 6.5 优化与调试 - [ ] 添加FIFO调度器的调试信息输出 - [ ] 实现调度延迟监控接口 - [ ] 优化位图操作，支持更多优先级级数