基于 Linux-4.19.153

一、相关结构成员描述

1. struct root_domain

实时调度器需要几个全局的或者说系统范围的资源来作出调度决定，以及 CPU 数量的增加而出现的可伸缩性瓶颈（由于锁保护的这些资源的竞争），Root Domain 引入的目的就是为了减少这样的竞争以改善可伸缩性。
cpuset 提供了一个把 CPU 分成子集被一个进程或者或一组进程使用的机制。几个 cpuset 可以重叠。如果没有其他的 cpuset 包含重叠的 CPU，这个 cpuset 被称为“互斥的（exclusive）”。每个互斥的 cpuset 定义了一个与其他 cpuset 或 CPU 分离的孤岛域（isolated domain，也叫作 root domain）。与每个 root domian 有关的信息存在 struct root_domain 结构（对象）中：

//kernel/sched/sched.h
/*
 * 我们添加了 root-domain 的概念，用于定义 per-domain 的变量。
 * 每个互斥的 cpuset 本质上通过将成员 CPU 与其他任何 cpuset 完
 * 全划分开来定义一个岛域。每当创建一个新的独占 cpuset 时，我们也
 * 会创建并附加一个新的 root-domain 对象。
 */

struct root_domain {
    //root domain 的引用计数，当 rd 被运行队列引用时加1，反之减1
    atomic_t        refcount;
    //实时任务过载的(rt overload)的CPU的数目
    atomic_t        rto_count;
    struct rcu_head        rcu;
    //属于该 rd 的CPU掩码
    cpumask_var_t        span;
    cpumask_var_t        online;

    /*
     * Indicate pullable load on at least one CPU, e.g:
     * - More than one runnable task
     * - Running task is misfit
     */
    //表明该 rd 有任一CPU有多于一个的可运行任务
    int            overload;

    /* Indicate one or more cpus over-utilized (tipping point) */
    int            overutilized;

    /*
     * The bit corresponding to a CPU gets set here if such CPU has more
     * than one runnable -deadline task (as it is below for RT tasks).
     */
    cpumask_var_t        dlo_mask;
    atomic_t        dlo_count;
    struct dl_bw        dl_bw;
    struct cpudl        cpudl;

    /*
     * Indicate whether a root_domain's dl_bw has been checked or
     * updated. It's monotonously increasing value.
     *
     * Also, some corner cases, like 'wrap around' is dangerous, but given
     * that u64 is 'big enough'. So that shouldn't be a concern.
     */
    u64 visit_gen;

#ifdef HAVE_RT_PUSH_IPI
    /*
     * For IPI pull requests, loop across the rto_mask.
     */
    struct irq_work        rto_push_work;
    raw_spinlock_t        rto_lock;
    /* These are only updated and read within rto_lock */
    int            rto_loop;
    int            rto_cpu;
    /* These atomics are updated outside of a lock */
    atomic_t        rto_loop_next;
    atomic_t        rto_loop_start;
#endif
    /*
     * The "RT overload" flag: it gets set if a CPU has more than
     * one runnable RT task.
     */
    //某CPU有多于一个的可运行实时任务，对应的位被设置
    cpumask_var_t        rto_mask;
    //包含在 rd 中的CPU优先级管理结构成员
    struct cpupri        cpupri;

    unsigned long        max_cpu_capacity;

    /*
     * NULL-terminated list of performance domains intersecting with the
     * CPUs of the rd. Protected by RCU.
     */
    struct perf_domain __rcu *pd;
};

这些 rd 被用于减小 per-domain 变量的全局变量的范围。无论何时一个互斥 cpuset 被创建，一个新 root domain 对象也会被创建，信息来自 CPU 成员。缺省情况下，一个单独的高层次的 rd 被创建，并把所有 CPU 作为成员。所有的实时调度决定只在一个 rd 的范围内作出决定。

2. struct task_struct

struct task_struct {
    ...
    struct sched_rt_entity        rt;
    #ifdef CONFIG_SMP
        /*符合条件的RT认为通过此成员挂入 rq->rt.pushable_tasks 链表，表示是可push的任务*/
        struct plist_node        pushable_tasks;
        struct rb_node            pushable_dl_tasks;
    #endif
    ...
};

二、CPU优先级管理

1. CPU优先级管理(CPU Priority Management)跟踪系统中每个 CPU 的优先级，为了让进程迁移的决定更有效率。CPU优先级有 102 个，下面是cpupri与prio的对应关系:

//kernel/sched/cpupri.h
cpupri                    prio
----------------------------
CPUPRI_INVALID (-1)        -1
CPUPRI_IDLE(0)            MAX_PRIO(140)
CPUPRI_NORMAL(1)        MAX_RT_PRIO ~ MAX_PRIO-1 (100~139)
2~101                    99~0

注意，运行idle任务的CPU的cpupri=0，运行CFS任务的CPU的cpupri=1。

static int convert_prio(int prio)
{
    int cpupri;

    if (prio == CPUPRI_INVALID) /* -1 */
        cpupri = CPUPRI_INVALID; /* -1 */
    else if (prio == MAX_PRIO) /* 140 */
        cpupri = CPUPRI_IDLE; /* 0 */
    else if (prio >= MAX_RT_PRIO) /* 100 */
        cpupri = CPUPRI_NORMAL; /* 1 */
    else
        cpupri = MAX_RT_PRIO - prio + 1; /* 100 - prio + 1 */

    return cpupri;
}

传参prio=99返回0，传参prio=100返回100.

cpupri 数值越大表示优先级越高(用了减法)。处于 CPUPRI_INVALID 状态的 CPU 没有资格参与 task routing。cpupri 属于 root domain的，每个互斥的 cpuset 由一个含有 cpupri 数据的 root momain 组成。系统从两个维度的位映射来维护这些 CPU 状态：
(1) CPU 的优先级，由任务优先级映射而来。
(2) 在某个优先级上的 CPU。

2. 相关数据结构

//kernel/sched/cpupri.h
struct cpupri_vec {
    //在这个优先级上的 CPU 的数量
    atomic_t        count;
    //在这个优先级上的 CPU 位码
    cpumask_var_t        mask;
};

//体现两个维度
struct cpupri {
    //持有关于一个 cpuset 在 某个特定的优先级上的 所有 CPU 的信息
    struct cpupri_vec    pri_to_cpu[CPUPRI_NR_PRIORITIES];
    //指示一个 CPU 的优先级，指向一个数组，每个CPU一个成员，主要用于记录当前cpu的cpupri值，便于更新修改。
    int            *cpu_to_pri;
};

通过 cpupri_find()/cpupri_find_fitness() 和 cpupri_set() 来查找和设置 CPU 优先级是实时负载均衡快速找到要迁移的任务的关键。

3. cpupri_set() 函数

(1) 函数分析

/**
 * cpupri_set - update the CPU priority setting
 * @cp: The cpupri context
 * @cpu: The target CPU
 * @newpri: The priority (INVALID,NORMAL,RT1-RT99,HIGHER) to assign to this CPU
 *
 * Note: Assumes cpu_rq(cpu)->lock is locked
 *
 * Returns: (void)
 */
void cpupri_set(struct cpupri *cp, int cpu, int newpri)
{
    //获取当前cpu的cpupri
    int *currpri = &cp->cpu_to_pri[cpu];
    int oldpri = *currpri;
    int do_mb = 0;

    //将p->prio转换为cpuprio
    newpri = convert_prio(newpri);

    BUG_ON(newpri >= CPUPRI_NR_PRIORITIES);

    if (newpri == oldpri)
        return;

    //若是cpupri变化了，就更新此cpupri对应的信息
    if (likely(newpri != CPUPRI_INVALID)) {
        struct cpupri_vec *vec = &cp->pri_to_cpu[newpri];

        cpumask_set_cpu(cpu, vec->mask);

        smp_mb__before_atomic();
        atomic_inc(&(vec)->count);
        do_mb = 1;
    }
    //然后删除旧信息
    if (likely(oldpri != CPUPRI_INVALID)) {
        struct cpupri_vec *vec  = &cp->pri_to_cpu[oldpri];

        if (do_mb)
            smp_mb__after_atomic();
        
        atomic_dec(&(vec)->count);
        smp_mb__after_atomic();
        cpumask_clear_cpu(cpu, vec->mask);
    }

    *currpri = newpri;
}

举个例子，比如CPU2上的任务从prio=120的CFS任务切换为了prio=97的RT任务，此时先读取cp->cpu_to_pri[2]当前的cpupri的值，由于CPU2上先前运行的是CFS任务，因为读取的值是1。然后计算新任务运行下new-cpupri为101-97=4，于是将CPU2的掩码设置进cp->pri_to_cpu[4] 的 vec->mask 中，并将 vec->count 计数加1，表示处于cpupri=4优先级的CPU又增加了一个CPU2。然后将CPU2从cp->pri_to_cpu[1] 的 vec->mask 中删除，并将 vec->count 计数减1，表示cpupri=1优先级的CPU又减少一个CPU2。

(2) cpupri_set()的调用路径：

                rt_sched_class.rq_offline 回调
                    rq_offline_rt //传参(cpupri, rq->cpu, CPUPRI_INVALID)
                rt_sched_class.rq_online 回调
                    rq_online_rt
enqueue_rt_entity
dequeue_rt_entity
    dequeue_rt_stack
        __dequeue_rt_entity
            dec_rt_tasks
                dec_rt_prio
                    dec_rt_prio_smp
    enqueue_rt_entity
    dequeue_rt_entity    
        __enqueue_rt_entity            
            inc_rt_tasks        
                inc_rt_prio    
                    inc_rt_prio_smp
                        cpupri_set

可见主要是在enqueue/dequeue RT任务的路径中调用，应该是当一个CPU其上任务切换的时候调用，由于CFS任务的cpupri都是1，所以只有涉及RT的任务切换才会调用，调用函数都在rt.c中。

三、PUSH任务迁移

1. PUSH任务的基本思想

根据cpupri搜索出一组cpu优先级最低的cpu作为候选cpu，然后从候选cpu中选出一个cpu作为目标cpu，然后push本rq上queue者的优先级最高的并且可push的RT任务过去。持续循环执行，直到没有可push的任务为止。

源cpu就是 push_rt_task(struct rq *rq) 参数中的rq所属的cpu，从这个cpu的rq上往外push RT任务。

2. PUSH任务的时机

push_rt_task()函数会在以下时间点被调用：

(1) rt_mutex锁优先级改变、__sched_setscheduler()导致调度类改变、__schedule()任务切换

rt_mutex_setprio //core.c
__sched_setscheduler //core.c
    check_class_changed //core.c 在调度类改变的时候调用，会先调用上一个调度类的switched_from，再调用下一个调度类的switched_to
        rt_sched_class.switched_to //rt.c 回调
            switched_to_rt //rt.c 若p在rq上且不是rq上正在运行的任务，且p运行在多个cpu上运行且rq->rt.overload了，才调用
__schedule //core.c
    pick_next_task //core.c 选择下一个任务
        rt_sched_class.pick_next_task //rt.c 回调
            pick_next_task_rt //rt.c 无条件调用
                rt_queue_push_tasks //rt.c 判断参数rq上有可push的任务，即 rq->rt.pushable_tasks 链表不为空调用
                    queue_balance_callback(rq, &per_cpu(rt_push_head, rq->cpu), push_rt_tasks); //rt.c 头插法挂入 rq->balance_callback 链表

回调时机：

__sched_setscheduler
rt_mutex_setprio
schedule_tail //core.c 没有找到调用的地方
__schedule //core.c 任务切换函数最后调用
    balance_callback //core.c
        __balance_callback //core.c 依次回调 rq->balance_callback 链表上的所有函数，持rq->lock关中断调用的

(2) 有cpu执行拉RT任务的时候，告诉其它CPU推出去一些任务

pull_rt_task(rq) //rt.c 使能 RT_PUSH_IPI 时才会执行，在拉任务时触发push. rq为当前队列，告诉其它cpu往当前cpu上push一些任务
    tell_cpu_to_push //rt.c 有rto的cpu才queue
        irq_work_queue_on(&rq->rd->rto_push_work, cpu);
            rto_push_irq_work_func //发现有可push的任务，持有rq->lock spin锁调用
                push_rt_tasks(rq)
                irq_work_queue_on(&rd->rto_push_work, cpu); //自己queue自己，只要有rto的cpu就不断queue自己，构成一个"内核线程"一直运行，直到没有rto的cpu.

init_rootdomain
    init_irq_work(&rd->rto_push_work, rto_push_irq_work_func);

(3) 若唤醒的是RT任务又认为不能及时得到调度执行，就将其从唤醒的rq上push走

ttwu_do_wakeup //core.c
wake_up_new_task //core.c
    rt_sched_class.task_woken //调度类回调
        task_woken_rt //rt.c
            push_rt_tasks(rq)

task_woken_rt() 中调用 push_rt_tasks() 的条件比较苛刻，如下。表示为唤醒的任务p不是rq上正在running的任务，且当前rq也没有设置resched标志位(不会马上重新调度)，且p也允许在其它CPU上运行，且rq当前正在运行的任务是DL或RT任务，且rq的当前任务只能在当前CPU运行或优先级比p更高。才会调用push_rt_tasks()将唤醒的RT任务push走。

static void task_woken_rt(struct rq *rq, struct task_struct *p)
{
    if (!task_running(rq, p) &&
        !test_tsk_need_resched(rq->curr) &&
        p->nr_cpus_allowed > 1 &&
        (dl_task(rq->curr) || rt_task(rq->curr)) &&
        (rq->curr->nr_cpus_allowed < 2 || rq->curr->prio <= p->prio))
        push_rt_tasks(rq);
}

3. PUSH任务的结束条件

见 push_rt_tasks(rq)，从rq上一直往外push任务，直到没有任务可push了才停止。

4. PUSH任务逻辑实现——push_rt_tasks()

(1) push_rt_tasks()

//rt.c 作用：从参数rq上推一些任务到其它rq上
static void push_rt_tasks(struct rq *rq)
{
    /* push_rt_task will return true if it moved an RT */
    while (push_rt_task(rq)) //如果有任务可PUSH将一直执行下去
        ;
}

(2) push_rt_task()

/*
 * If the current CPU has more than one RT task, see if the non
 * running task can migrate over to a CPU that is running a task
 * of lesser priority.
 */
//push出去任务了返回1，否则返回0
static int push_rt_task(struct rq *rq)
{
    struct task_struct *next_task;
    struct rq *lowest_rq;
    int ret = 0;

    /* update_rt_migration()中设置，多余1个RT任务且有可迁移的RT任务设置为1 */
    if (!rq->rt.overloaded)
        return 0;

    //从rq->rt.pushable_tasks链表头取出可push的task，最先取出的是优先级最高的RT task.
    next_task = pick_next_pushable_task(rq);
    if (!next_task)
        return 0;

retry:
    //取出来的应该是Runnable的，而不能是正在running的任务
    if (unlikely(next_task == rq->curr)) {
        WARN_ON(1);
        return 0;
    }

    /*
     * It's possible that the next_task slipped in of
     * higher priority than current. If that's the case
     * just reschedule current.
     * 翻译:
     * next_task 是可能比当前的优先级更高的，如果是这种情况，
     * 只需触发一次重新调度。
     */
    if (unlikely(next_task->prio < rq->curr->prio)) {
        resched_curr(rq);
        return 0;
    }

    /* We might release rq lock */
    get_task_struct(next_task);

    /* find_lock_lowest_rq locks the rq if found */
    //根据cpupri找到cpu优先级最低cpu作为任务要push到的目的cpu
    lowest_rq = find_lock_lowest_rq(next_task, rq);
    //1.如果 lowest_rq 没有找到
    if (!lowest_rq) {
        struct task_struct *task;
        /*
         * find_lock_lowest_rq releases rq->lock
         * so it is possible that next_task has migrated.
         *
         * We need to make sure that the task is still on the same
         * run-queue and is also still the next task eligible for pushing.
         * 翻译:
         * find_lock_lowest_rq 释放 rq->lock，因此 next_task 可能已被迁移走了。
         * 需要确保任务仍然还在这个rq中，并且仍然是下一个有资格被推送的任务。因此
         * 需要再重新执行一次这个函数。
         */
        task = pick_next_pushable_task(rq);
        //(1)重新选出的待push task还是原来的task
        if (task == next_task) {
            /*
             * The task hasn't migrated, and is still the next
             * eligible task, but we failed to find a run-queue
             * to push it to.  Do not retry in this case, since
             * other CPUs will pull from us when ready.
             * 翻译:
             * 该任务尚未迁移，仍然是下一个符合条件的任务，但我们未能找到将其推送到的目
             * 标运行队列。 在这种情况下不要重试，因为其他 CPU 会在准备好时从我们这里拉取。
             */
            goto out;
        }

        //(2)重新选出的待push task不是原来的task
        if (!task)
            /* No more tasks, just exit */
            goto out;

        /* Something has shifted, try again. */
        //再次选出的是不同的task了，重新试一次
        put_task_struct(next_task);
        next_task = task;
        goto retry;
    }

    //2.如果 lowest_rq 没有找到了，就将任务从rq上摘下放到lowest_rq上
    deactivate_task(rq, next_task, 0);
    set_task_cpu(next_task, lowest_rq->cpu);
    activate_task(lowest_rq, next_task, 0);
    ret = 1;

    //对目标lowest_rq触发一次重新调度
    resched_curr(lowest_rq);

    //CONFIG_LOCKDEP相关，若是没有使能只是释放lowest_rq->lock
    double_unlock_balance(rq, lowest_rq);

out:
    put_task_struct(next_task);

    return ret;
}

(3) pick_next_pushable_task()

选择出rq上queue着状态的优先级最高的RT任务，优先push优先级最高的RT任务。

static struct task_struct *pick_next_pushable_task(struct rq *rq) //rt.c
{
    struct task_struct *p;

    //rq->rt.pushable_tasks 链表不为空表示有可push的任务
    if (!has_pushable_tasks(rq))
        return NULL;

    //first也就使链表上优先级最高的那个RT任务，也就是push rq上queue着的最高优先级的RT任务
    p = plist_first_entry(&rq->rt.pushable_tasks, struct task_struct, pushable_tasks);

    BUG_ON(rq->cpu != task_cpu(p)); /*校验p是挂载在此cpu rq上的*/
    BUG_ON(task_current(rq, p)); /*return rq->curr == p;校验p不是正在运行的任务*/
    BUG_ON(p->nr_cpus_allowed <= 1);/*校验p是允许在多个cpu上运行的，否则不能push*/

    BUG_ON(!task_on_rq_queued(p)); /*return p->on_rq == TASK_ON_RQ_QUEUED; 校验p是queue在rq上的*/
    BUG_ON(!rt_task(p)); /*return prio < 100 校验p必须是RT任务*/

    return p;
}

(4) find_lock_lowest_rq()

根据cpupri找出cpu优先级最低的cpu作为push任务的目标cpu.

/* Will lock the rq it finds */
static struct rq *find_lock_lowest_rq(struct task_struct *task, struct rq *rq)
{
    struct rq *lowest_rq = NULL;
    int tries;
    int cpu;

    //最大try 3次
    for (tries = 0; tries < RT_MAX_TRIES; tries++) {
        //选择一个cpu优先级最低的cpu(比task运行的cpu的优先级低，否则返回-1)
        cpu = find_lowest_rq(task);
        //没找到的话cpu==-1可能成立，或后面的恒不会成立
        if ((cpu == -1) || (cpu == rq->cpu))
            break;

        //找到了task要被push到的目标cpu的rq
        lowest_rq = cpu_rq(cpu);

        //这个if判断有可能成立，因为没有持lowest_rq的锁，它上面可能又queue了高优先级的任务
        if (lowest_rq->rt.highest_prio.curr <= task->prio) {
            /*
             * Target rq has tasks of equal or higher priority,
             * retrying does not release any lock and is unlikely
             * to yield a different result.
             * 翻译:
             * 目标 rq 具有相同或更高优先级的任务，重试不会释放任何锁
             * 并且不太可能产生不同的结果。因此放弃retry,返回没找到lowest_rq。
             */
            lowest_rq = NULL;
            break;
        }

        /* if the prio of this runqueue changed, try again */
        //? ###############
        //下面是做一些校验，主要是判断环境有没有变化来判断是否应该将lowest_rq置为NULL
        if (double_lock_balance(rq, lowest_rq)) {
            /*
             * We had to unlock the run queue. In the mean time, task could have
             * migrated already or had its affinity changed.
             * Also make sure that it wasn't scheduled on its rq.
             */
            if (unlikely(task_rq(task) != rq ||
                     !cpumask_test_cpu(lowest_rq->cpu, &task->cpus_allowed) ||
                     task_running(rq, task) ||
                     !rt_task(task) ||
                     !task_on_rq_queued(task))) {

                double_unlock_balance(rq, lowest_rq);
                lowest_rq = NULL;
                break;
            }
        }

        /* If this rq is still suitable use it. */
        //大概率是成功的,满足就不retry了，直接返回找到的lowest_rq
        if (lowest_rq->rt.highest_prio.curr > task->prio)
            break;

        /* try again */
        double_unlock_balance(rq, lowest_rq);
        lowest_rq = NULL;
    }

    return lowest_rq;
}

5. 何时往 rq->rt.pushable_tasks 链表上添加可push的任务

在 enqueue_task_rt 中，只有当p不是正在执行的任务且可以在多个CPU上运行时才会挂入 p->pushable_tasks 链表，p->prio越小优先级高的越挂在靠前的位置。

static void enqueue_pushable_task(struct rq *rq, struct task_struct *p)
{
    plist_del(&p->pushable_tasks, &rq->rt.pushable_tasks);
    plist_node_init(&p->pushable_tasks, p->prio);
    //p->prio值越小，插入的位置越靠前
    plist_add(&p->pushable_tasks, &rq->rt.pushable_tasks);

    /* Update the highest prio pushable task */
    if (p->prio < rq->rt.highest_prio.next)
        rq->rt.highest_prio.next = p->prio;
}

static void dequeue_pushable_task(struct rq *rq, struct task_struct *p)
{
    plist_del(&p->pushable_tasks, &rq->rt.pushable_tasks);

    /* Update the new highest prio pushable task */
    if (has_pushable_tasks(rq)) {
        p = plist_first_entry(&rq->rt.pushable_tasks, struct task_struct, pushable_tasks);
        rq->rt.highest_prio.next = p->prio;
    } else
        rq->rt.highest_prio.next = MAX_RT_PRIO;
}

调用路径：

rt_sched_class.enqueue_task
    enqueue_task_rt //rt.c 在函数最后执行，只有当p满足不是正在执行的任务且满足可以在多于1个CPU上运行才调用
        enqueue_pushable_task(rq, p);

rt_sched_class.dequeue_task
    dequeue_task_rt //无条件执行
        dequeue_pushable_task(rq, p);

6. rt_rq->overloaded 标志的设置

在enqueue/dequeue RT任务时，判断rt_rq上有可迁移的实时任务时更新。

static void update_rt_migration(struct rt_rq *rt_rq)
{
    if (rt_rq->rt_nr_migratory && rt_rq->rt_nr_total > 1) {
        if (!rt_rq->overloaded) {
            //rd->rto_count++ 和设置更新rd->rto_mask cpu掩码
            rt_set_overload(rq_of_rt_rq(rt_rq));
            rt_rq->overloaded = 1;
        }
    } else if (rt_rq->overloaded) {
        //rd->rto_count-- 和清除更新rd->rto_mask cpu掩码
        rt_clear_overload(rq_of_rt_rq(rt_rq));
        rt_rq->overloaded = 0;
    }
}

调用路径:

__enqueue_rt_entity
    inc_rt_tasks
        inc_rt_migration //无条件调用，无条件 rt_rq->rt_nr_total++，若p允许在多于一个cpu上运行才执行 rt_rq->rt_nr_migratory++;
__dequeue_rt_entity
    dec_rt_tasks
        dec_rt_migration //无条件调用，无条件执行 rt_rq->rt_nr_total--，若p允许在多于一个cpu上运行才执行 rt_rq->rt_nr_migratory--;
            update_rt_migration

四、PULL任务迁移

1. PULL任务的基本思想

当选下一个RT任务时，若发现rq上的最高优先级的RT任务的优先级比prev还低，就认为需要pull rt任务过来。此时又分两种情况：

(1) 不使能 RT_PUSH_IPI

从runnable RT最高优先级比自己高的cpu上拉rt任务过来，对每个cpu都执行这样的操作，然后触发本cpu抢占调度。

(2) 使能 RT_PUSH_IPI

采用逐个向每个rto cpu上queue irq_work 的方式来触发rto cpu进行push task，然后走push task的处理逻辑，以push task的方式代替pull task.

2. PULL任务的时机

rt_mutex_setprio //core.c
__sched_setscheduler //core.c
    check_class_changed //core.c
        rt_sched_class.switched_from
            switched_from_rt //若p是runnable的rt任务且rq上已经没有rt任务在运行了调用
    check_class_changed    
        rt_sched_class.prio_changed        
            prio_changed_rt //若p是当前正在执行的任务且其优先级降低了调用
                rt_queue_pull_task
                    queue_balance_callback(rq, &per_cpu(rt_pull_head, rq->cpu), pull_rt_task);
                rt_sched_class.pick_next_task
                    pick_next_task_rt //判断需要pull时才pull
                        pull_rt_task

执行时机一，在要选择下一个RT任务时。need_pull_rt_task用来判断是否需要pull任务，只要当前rq上queue的RT线程的最高优先级还比prev任务的优先级低，就认为需要pull任务到rq中来。

static inline bool need_pull_rt_task(struct rq *rq, struct task_struct *prev)
{
    /* Try to pull RT tasks here if we lower this rq's prio */
    return rq->rt.highest_prio.curr > prev->prio;
}

调用时机二，queue_balance_callback，同 push_rt_task

3. PULL任务逻辑实现——pull_rt_task()

3.1 先看没有使能 RT_PUSH_IPI sched feat 的情况

(1) pull_rt_task 函数

static void pull_rt_task(struct rq *this_rq)
{
    int this_cpu = this_rq->cpu, cpu;
    bool resched = false;
    struct task_struct *p;
    struct rq *src_rq;
    //return rq->rd->rto_count, 只要一个cpu上有可迁移的任务就加1
    int rt_overload_count = rt_overloaded(this_rq);

    if (likely(!rt_overload_count))
        return;

    /*
     * Match the barrier from rt_set_overloaded; this guarantees that if we
     * see overloaded we must also see the rto_mask bit.
     */
    smp_rmb();

    /* If we are the only overloaded CPU do nothing */
    //目前只有本cpu一个是rt_overload，那就没有必要去拉rt任务过来了
    if (rt_overload_count == 1 && cpumask_test_cpu(this_rq->cpu, this_rq->rd->rto_mask))
        return;

#ifdef HAVE_RT_PUSH_IPI
    //若是使能了这个feature,就会通知其它CPU推任务到本rq，而不会执行拉任务的动作了
    if (sched_feat(RT_PUSH_IPI)) {
        tell_cpu_to_push(this_rq);
        return;
    }
#endif

    //对于每一个rt超载的cpu都执行
    for_each_cpu(cpu, this_rq->rd->rto_mask) {
        //跳过本cpu,肯定不能从本cpu上往本cpu上拉任务
        if (this_cpu == cpu)
            continue;

        src_rq = cpu_rq(cpu);

        /*
         * Don't bother taking the src_rq->lock if the next highest
         * task is known to be lower-priority than our current task.
         * This may look racy, but if this value is about to go
         * logically higher, the src_rq will push this task away.
         * And if its going logically lower, we do not care
         * 翻译:
         * 如果已知下一个最高优先级的任务的优先级低于当前任务的优先级，不需要
         * 持有 src_rq->lock。 这可能看起来存在竞争，但如果这个值在逻辑上即将
         * 变得更高，src_rq 将把这个任务推开。 如果它在逻辑上降低，我们不在乎
         */
        //只选最高优先级比自己的高的作为备选src_rq (enqueue时会更新)
        if (src_rq->rt.highest_prio.next >= this_rq->rt.highest_prio.curr)
            continue;

        /*
         * We can potentially drop this_rq's lock in
         * double_lock_balance, and another CPU could alter this_rq
         * 翻译:
         * 在 double_lock_balance 中可能会释放 this_rq 的锁，而另一个
         * CPU 可能会更改 this_rq
         */
        double_lock_balance(this_rq, src_rq);

        /*
         * We can pull only a task, which is pushable on its rq, and no others.
         */
        //从src_rq上选出一个优先级最高的runnable的RT任务
        p = pick_highest_pushable_task(src_rq, this_cpu);

        /*
         * Do we have an RT task that preempts the to-be-scheduled task?
         */
        if (p && (p->prio < this_rq->rt.highest_prio.curr)) {
            WARN_ON(p == src_rq->curr); //选出的RT任务不能是src_rq上正在执行的任务
            WARN_ON(!task_on_rq_queued(p)); //选出的RT任务不能是非runnable的任务

            /*
             * There's a chance that p is higher in priority than what's currently
             * running on its CPU. This is just that p is wakeing up and hasn't had
             * a chance to schedule. We only pull p if it is lower in priority than
             * the current task on the run queue.
             */
            /* 若选从src_rq上选出的p比src_rq上正在执行的任务优先级还高，就不跳过它，
             * 因为它可以抢占低优先级的任务从而很快被调度执行。
             */
            if (p->prio < src_rq->curr->prio)
                goto skip;

            resched = true;

            //从源src_rq上摘下来放到this_rq
            deactivate_task(src_rq, p, 0);
            set_task_cpu(p, this_cpu);
            activate_task(this_rq, p, 0);
            /*
             * We continue with the search, just in
             * case there's an even higher prio task
             * in another runqueue. (low likelihood
             * but possible)
             */
        }
skip:
        double_unlock_balance(this_rq, src_rq);
    }

    //若pull过来了任务，就触发一次抢占调度
    if (resched)
        resched_curr(this_rq);
}

(2) pick_highest_pushable_task 函数

/*
 * Return the highest pushable rq's task, which is suitable to be executed
 * on the CPU, NULL otherwise
 */
//传参: rq: 源rq, cpu: 目的地cpu
static struct task_struct *pick_highest_pushable_task(struct rq *rq, int cpu)
{
    struct plist_head *head = &rq->rt.pushable_tasks;
    struct task_struct *p;

    //判断 rq->rt.pushable_tasks 为空表示rq上没有可push的任务
    if (!has_pushable_tasks(rq))
        return NULL;

    /*
     * 按优先级由高到低遍历src_rq上的每一个可push的任务，若其非
     * running且亲和性允许运行在目标cpu上就返回第一个满足条件的任务p
     */
    plist_for_each_entry(p, head, pushable_tasks) {
        if (pick_rt_task(rq, p, cpu))
            return p;
    }

    return NULL;
}

static int pick_rt_task(struct rq *rq, struct task_struct *p, int cpu)
{
    if (!task_running(rq, p) && cpumask_test_cpu(cpu, &p->cpus_allowed))
        return 1;

    return 0;
}

3.2 使能 RT_PUSH_IPI sched feat 的情况

pull_rt_task 逻辑委托给 tell_cpu_to_push(this_rq)，让其它cpu往this_rq上push任务来代替拉任务，以减少拉任务带来的锁竞争。

(1) tell_cpu_to_push()函数：

static void tell_cpu_to_push(struct rq *rq)
{
    int cpu = -1;

    /* Keep the loop going if the IPI is currently active */
    //唯一增加其值的地方，没有降低其值的地方
    atomic_inc(&rq->rd->rto_loop_next);

    /* Only one CPU can initiate a loop at a time */
    if (!rto_start_trylock(&rq->rd->rto_loop_start))
        return;

    raw_spin_lock(&rq->rd->rto_lock);

    /*
     * The rto_cpu is updated under the lock, if it has a valid CPU
     * then the IPI is still running and will continue due to the
     * update to loop_next, and nothing needs to be done here.
     * Otherwise it is finishing up and an ipi needs to be sent.
     */
    //初始化为-1，只在 rto_next_cpu 中赋值为cpu id或-1
    if (rq->rd->rto_cpu < 0)
        //返回一个rt overload 的cpu
        cpu = rto_next_cpu(rq->rd);

    raw_spin_unlock(&rq->rd->rto_lock);

    //将 rd->rto_loop_start 设置为0
    rto_start_unlock(&rq->rd->rto_loop_start);

    if (cpu >= 0) {
        /* Make sure the rd does not get freed while pushing。rd->refcount++;*/
        sched_get_rd(rq->rd);
        //向参数cpu指定的CPU上queue一个irq_work
        irq_work_queue_on(&rq->rd->rto_push_work, cpu); rto_push_irq_work_func
    }
}

(2) rto_next_cpu 函数：

static int rto_next_cpu(struct root_domain *rd)
{
    int next;
    int cpu;

    /*
     * When starting the IPI RT pushing, the rto_cpu is set to -1,
     * rt_next_cpu() will simply return the first CPU found in
     * the rto_mask.
     *
     * If rto_next_cpu() is called with rto_cpu is a valid CPU, it
     * will return the next CPU found in the rto_mask.
     *
     * If there are no more CPUs left in the rto_mask, then a check is made
     * against rto_loop and rto_loop_next. rto_loop is only updated with
     * the rto_lock held, but any CPU may increment the rto_loop_next
     * without any locking.
     */
    for (;;) {

        /* When rto_cpu is -1 this acts like cpumask_first() */
        cpu = cpumask_next(rd->rto_cpu, rd->rto_mask);

        rd->rto_cpu = cpu;

        //正常情况下从这里就返回了
        if (cpu < nr_cpu_ids)
            return cpu;

        //rto_mask中没有cpu掩码了，赋值为-1
        rd->rto_cpu = -1;

        /*
         * ACQUIRE ensures we see the @rto_mask changes
         * made prior to the @next value observed.
         *
         * Matches WMB in rt_set_overload().
         */
        next = atomic_read_acquire(&rd->rto_loop_next);

        if (rd->rto_loop == next)
            break;

        rd->rto_loop = next;
    }

    return -1;
}

(3) rto_push_irq_work_func 函数.

注意备注，是在硬中断上下文调用的。

/* Called from hardirq context */
void rto_push_irq_work_func(struct irq_work *work)
{
    struct root_domain *rd =container_of(work, struct root_domain, rto_push_work);
    struct rq *rq;
    int cpu;

    rq = this_rq();

    /*
     * We do not need to grab the lock to check for has_pushable_tasks.
     * When it gets updated, a check is made if a push is possible.
     */
    if (has_pushable_tasks(rq)) {
        raw_spin_lock(&rq->lock);
        //触发push任务的流程
        push_rt_tasks(rq);
        raw_spin_unlock(&rq->lock);
    }

    raw_spin_lock(&rd->rto_lock);

    /* Pass the IPI to the next rt overloaded queue */
    //取出下一个rto cpu
    cpu = rto_next_cpu(rd);

    raw_spin_unlock(&rd->rto_lock);

    if (cpu < 0) {
        sched_put_rd(rd);
        return;
    }

    /* Try the next RT overloaded CPU */
    /*
     * 自己queue自己，但是queue的cpu却是下一个rto cpu了，直到所有
     * 的rto cpu都执行了push task的操作才停止。
     */
    irq_work_queue_on(&rd->rto_push_work, cpu); //rto_push_irq_work_func
}