在前面我们说过进程的状态，在运行状态的进行，是CPU当前要运行的队列，那么CPU要管理它们，总要有个先后顺序吧，因为CPU只有一套寄存器，不能同时运行多个进程，于是就有了运行队列（runqueue），这是一个结构体，专门用于管理运行队列的进程。

在 Linux 内核里，task_struct和runqueue是进程调度机制中的两个关键数据结构，它们关系紧密，下面为你详细介绍。

2.1.1 核心概念

• task_struct：这是内核用来表示进程的核心数据结构，也被叫做 "进程描述符"。它把进程的所有信息都整合在一起，像进程状态、优先级、资源分配情况、打开的文件等，都包含其中。
• runqueue：也就是运行队列，其作用是管理系统中处于可运行状态（TASK_RUNNING）的进程。每个 CPU 核心都有属于自己的runqueue，这样可以实现并行调度。

2.1.2 二者的关联

• 进程状态的纽带：当进程处于可运行状态时，它会被加入到runqueue中；而当进程处于阻塞状态（比如等待 I/O）时，就会从runqueue中移除。
• 调度的实现：调度器会从runqueue里挑选出一个进程，让它在对应的 CPU 上运行。挑选进程时依据的是调度算法，像 CFS（完全公平调度）算法，此时task_struct中的se（调度实体）字段就会发挥作用。
• 负载均衡：内核会在不同 CPU 的runqueue之间进行进程迁移，以此来实现负载均衡，task_struct中的相关指针能帮助定位进程所在的队列。

2.1.3 数据结构层面的联系

下面是用伪代码呈现的它们之间的关键联系：

struct task_struct {
    // 进程状态
    volatile long state;        // 例如 TASK_RUNNING
    
    // 调度相关
    struct sched_entity se;     // 调度实体，用于CFS调度器
    struct list_head run_list;  // 连接到runqueue的链表
    struct rq *rq;              // 指向所在runqueue的指针
    int on_rq;                  // 标记进程是否在runqueue中
};

struct rq {
    // 运行队列中的进程
    struct cfs_rq cfs;          // CFS调度器的运行队列
    struct list_head run_list;  // 可运行进程的链表
    unsigned int nr_running;    // 可运行进程的数量
    
    // 当前运行的进程
    struct task_struct *curr;   // 当前正在运行的进程
};

2.1.4 工作流程示例

下面以进程调度为例，说明二者的协作流程：

 

1. 当进程被创建或者从阻塞状态变为可运行状态时，内核会调用enqueue_task函数，把该进程添加到runqueue中。
2. 调度器通过pick_next_task函数从runqueue里选择一个最优的进程。
3. 进程执行过程中，如果时间片用完或者主动放弃 CPU，就会调用dequeue_task函数，将进程从runqueue中移除。
4. 整个过程中，进程的task_struct会一直维护自身在runqueue中的状态和位置。

2.1.5 总结

task_struct代表着单个进程，而runqueue则负责管理多个可运行的进程，它们共同构成了 Linux 内核调度系统的基础。通过这种进程状态管理和队列操作机制，Linux 内核能够高效地实现多任务处理。

2.2runqueue的运行原理

这里我们可以简单看看runqueue结构体里的变量。

2.2.1活动队列

时间⽚还没有结束的所有进程都按照优先级放在该队列

nr_active: 总共有多少个运⾏状态的进程

queue[140]: ⼀个元素就是⼀个进程队列，相同优先级的进程按照FIFO规则进⾏排队调度,所以 数组下标就是优先级 ！

从该结构中，选择⼀个最合适的进程，过程是怎么的呢？

1. 从0下表开始遍历queue[140]

2. 找到第⼀个⾮空队列，该队列必定为优先级最⾼的队列

3. 拿到选中队列的第⼀个进程，开始运⾏，调度完成！

4. 遍历queue[140]时间复杂度是常数！但还是太低效了！

于是Linux用了一个非常巧妙的方法：

bitmap[5]:⼀共140个优先级，⼀共140个进程队列，为了提⾼查找⾮空队列的效率，就可以⽤5*32个⽐特位表⽰队列是否为空，这样，便可以大大提⾼查找效率！

2.2.2过期队列

过期队列和活动队列结构⼀模⼀样

过期队列上放置的进程，都是时间⽚耗尽的进程

当活动队列上的进程都被处理完毕之后，对过期队列的进程进⾏时间⽚重新计算

2.2.3活跃进程和过期进程的关系

在上图中我们可以看到两块被圈出来的空间，同样的几个变量为什么要有两套呢？

原因就是，当我们CPU调度的时候是在活跃进程表中一一调度，那么当调度完了进程的task_struct要去哪呢？答案是进入过期进程表，这样当我们活跃进场调度完了之后，进程的顺序还是没有乱，我们再把活跃进程列表和过期进程列表swap一下。

2.2.4 active指针和expired指针

3.总结