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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：

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
优先级调度：支持0-99共100个优先级，数字越小优先级越高
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。

pub struct FifoRunQueue {
    queues: Vec<VecDeque<Arc<ProcessControlBlock>>>,  // 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：

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：

pub fn set_fifo_policy(pcb: &Arc<ProcessControlBlock>, prio: i32) -> Result<(), SystemError>

该函数会：

验证进程必须是内核线程（KTHREAD标志）
验证优先级在有效范围内（0-99）
处理进程在运行队列中的状态变更
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

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