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操作系統(tǒng)的調(diào)度器是管理和協(xié)調(diào)各個(gè)進(jìn)程的重要組件，Linux調(diào)度器也是如此。Linux調(diào)度器是一個(gè)特殊的程序，它控制Linux內(nèi)核中運(yùn)行的進(jìn)程，安排它們使用CPU的時(shí)間，并確保每個(gè)進(jìn)程都按照需要獲得充足的CPU時(shí)間，以達(dá)到更大化系統(tǒng)性能和效率的目的。本文將介紹Linux調(diào)度器的工作原理、不同調(diào)度算法以及如何優(yōu)化系統(tǒng)性能和運(yùn)行效率。
Linux調(diào)度器的工作原理
Linux調(diào)度器的工作類似于排隊(duì)系統(tǒng)，它按照優(yōu)先級(jí)、進(jìn)程需求和其他因素對(duì)進(jìn)程進(jìn)行排序，以便確保最緊急的進(jìn)程能夠盡快得到CPU時(shí)間。這個(gè)排序過程叫做調(diào)度。調(diào)度器不僅要考慮單個(gè)進(jìn)程，還要考慮多個(gè)進(jìn)程之間的相互作用以及發(fā)送到系統(tǒng)上的各種信號(hào)和事件。因此，Linux調(diào)度器必須足夠聰明，以免浪費(fèi)時(shí)間或產(chǎn)生不必要的狀況。
最常用的調(diào)度算法
Linux調(diào)度器有三種最常用的調(diào)度算法：完全公平調(diào)度（CFS）算法、實(shí)時(shí)調(diào)度（RT）算法和時(shí)間片輪轉(zhuǎn)（RR）算法。這三種算法都是為了有效管理CPU時(shí)間。
CFS是Linux內(nèi)核的默認(rèn)調(diào)度器。CFS算法盡可能公平地將CPU時(shí)間分配給所有進(jìn)程，并確保進(jìn)程的優(yōu)先級(jí)和可完成時(shí)間的成比例增長(zhǎng)。這是因?yàn)?，CFS算法使每個(gè)進(jìn)程有機(jī)會(huì)獲得相應(yīng)的CPU時(shí)間。
RT算法旨在通過盡早響應(yīng)實(shí)時(shí)事件，盡可能快地完成任務(wù)。RT算法通過把處理器時(shí)間分配給實(shí)時(shí)進(jìn)程和線程而實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)。實(shí)時(shí)進(jìn)程和線程具有高優(yōu)先級(jí)，并且在需要時(shí)會(huì)快速響應(yīng)。
RR調(diào)度算法是一種基于時(shí)間片的算法，它將時(shí)間量（時(shí)間片）作為調(diào)度標(biāo)準(zhǔn)。所有進(jìn)程按順序依次使用一定時(shí)間片并等待下一個(gè)時(shí)間片。如果已用時(shí)間超過當(dāng)前時(shí)間片，進(jìn)程將被放回隊(duì)列，等待下一次進(jìn)行。
優(yōu)化系統(tǒng)性能和運(yùn)行效率
許多因素會(huì)影響Linux調(diào)度器的性能。內(nèi)存管理、磁盤I/O和網(wǎng)絡(luò)效率等因素都會(huì)影響進(jìn)程的執(zhí)行時(shí)間和CPU占用率。
一種優(yōu)化方法是使用高性能的IO調(diào)度器，比如Deadline、CFQ或Noop。I/O調(diào)度器的作用是將請(qǐng)求排隊(duì)，并盡可能快地將數(shù)據(jù)從磁盤或其他設(shè)備中取出。
另一個(gè)優(yōu)化方法是使用CPU親和力和CPU和NUMA親和力，使進(jìn)程能夠運(yùn)行在特定的CPU核心上。CPU親和力可以確保進(jìn)程具有在特定CPU核心上運(yùn)行的優(yōu)先級(jí)，這有助于提高性能，并減少CPU切換時(shí)間。
調(diào)整進(jìn)程的優(yōu)先級(jí)也可以對(duì)系統(tǒng)性能產(chǎn)生重大影響。通常，進(jìn)程優(yōu)先級(jí)越高，操作系統(tǒng)就會(huì)優(yōu)先處理它，但也會(huì)導(dǎo)致資源沖突和其他問題。此外，內(nèi)核調(diào)節(jié)器和IRQbalancer也可被調(diào)整以優(yōu)化系統(tǒng)性能。
結(jié)論
Linux調(diào)度器的作用是確保每個(gè)進(jìn)程都可以盡快地獲得CPU時(shí)間，從而更大程度地提高系統(tǒng)性能和運(yùn)行效率。使用適當(dāng)?shù)恼{(diào)度算法，如CFS、RT和RR，可以達(dá)到這個(gè)目標(biāo)。通過優(yōu)化系統(tǒng)資源和進(jìn)程優(yōu)先級(jí)，以及CPU和IO調(diào)度器的使用，還可以提高Linux系統(tǒng)性能和運(yùn)行效率。
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在linux中如何根據(jù)nice值設(shè)置任務(wù)時(shí)間片
nice值是優(yōu)先級(jí)針對(duì)用戶進(jìn)程的另一種表示法，nice的取值范圍是-20到+19，-20優(yōu)先級(jí)更高，+19更低。
當(dāng)該進(jìn)缺神程剛被其父進(jìn)程fork出來時(shí)，是平分其父進(jìn)程的剩余時(shí)間片的。這個(gè)時(shí)間片執(zhí)行完后，就會(huì)根據(jù)它的初始優(yōu)先虛含級(jí)來重新分配時(shí)間片，優(yōu)先級(jí)為+19時(shí)更低，只分配最伏譽(yù)虧小時(shí)間片5ms，優(yōu)先級(jí)為0時(shí)是100ms，優(yōu)先級(jí)是-20時(shí)是更大時(shí)間片800ms。
Linux內(nèi)核的三種調(diào)度方法：
1、SCHED_OTHER 分時(shí)調(diào)度策略。
2、SCHED_FIFO實(shí)時(shí)調(diào)度策略，先到先服務(wù)。
3、SCHED_RR實(shí)時(shí)調(diào)度策略，時(shí)間片輪轉(zhuǎn)。
實(shí)時(shí)進(jìn)程將得到優(yōu)先調(diào)用，實(shí)時(shí)進(jìn)程根據(jù)實(shí)時(shí)優(yōu)先級(jí)決定調(diào)度權(quán)值，分時(shí)進(jìn)程則通過nice和counter值決定權(quán)值，nice越小，counter越大，被調(diào)度的概率越大，也就是曾經(jīng)使用了cpu最少的進(jìn)程將會(huì)得塌源到優(yōu)先調(diào)度。
所有任務(wù)都采用linux分時(shí)調(diào)度策略時(shí)即nice時(shí)，采用以下方式設(shè)置任務(wù)時(shí)間片。
1，創(chuàng)建任務(wù)指定采游正用分時(shí)調(diào)度策略，并指定優(yōu)先級(jí)nice值(-20~19)。
2，將根據(jù)每個(gè)任務(wù)的nice值確定在cpu上的執(zhí)行時(shí)間(counter)。
3，如果沒有等待資源，則將該任務(wù)加入團(tuán)磨態(tài)到就緒隊(duì)列中。
4， 調(diào)度程序遍歷就緒隊(duì)列中的任務(wù)，通過對(duì)每個(gè)任務(wù)動(dòng)態(tài)優(yōu)先級(jí)的計(jì)算(counter+20-nice)結(jié)果，選擇計(jì)算結(jié)果更大的一個(gè)去運(yùn)行，當(dāng)這 個(gè)時(shí)間片用完后(counter減至0)或者主動(dòng)放棄cpu時(shí)，該任務(wù)將被放在就緒隊(duì)列末尾(時(shí)間片用完)或等待隊(duì)列(因等待資源而放棄cpu)中。
5，此時(shí)調(diào)度程序重復(fù)上面計(jì)算過程，轉(zhuǎn)到第4步。
6，當(dāng)調(diào)度程序發(fā)現(xiàn)所有就緒任務(wù)計(jì)算所得的權(quán)值都為不大于0時(shí)，重復(fù)第2步。
linux內(nèi)核分為哪四個(gè)子系統(tǒng)？
應(yīng)該是五個(gè)子系統(tǒng)：進(jìn)程調(diào)度，內(nèi)存管理螞悔野，虛擬文件系統(tǒng)，網(wǎng)絡(luò)接口，進(jìn)程間通信。
Linux內(nèi)核主要由五個(gè)子系統(tǒng)組成：進(jìn)程調(diào)度，內(nèi)存管理，虛擬文件系統(tǒng)，網(wǎng)絡(luò)接口，進(jìn)程間通信。
進(jìn)程調(diào)度（SCHED）：控制進(jìn)程對(duì)CPU的訪問。當(dāng)需要選擇下一個(gè)進(jìn)程運(yùn)行時(shí)，由調(diào)度程序選擇最值得運(yùn)行的進(jìn)程?？蛇\(yùn)行進(jìn)程實(shí)際上是僅等待CPU資源的進(jìn)程，如果某個(gè)進(jìn)程在等待其它資源，則該進(jìn)程是不可運(yùn)行進(jìn)程。Linux使用了比較簡(jiǎn)單的基于優(yōu)先級(jí)的進(jìn)程調(diào)度算法選擇新的進(jìn)程。
內(nèi)存管理（MM）允許多個(gè)進(jìn)程安全的共享主內(nèi)存區(qū)域。
虛擬文件系統(tǒng)（Virtual File System,VFS）隱藏了各種硬件的具體細(xì)節(jié)，為所有的悶喊設(shè)備提供了統(tǒng)一的接口，VFS提供了多達(dá)數(shù)十種不同的文件前慧系統(tǒng)。
網(wǎng)絡(luò)接口（NET）提供了對(duì)各種網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)的存取和各種網(wǎng)絡(luò)硬件的支持。
進(jìn)程間通訊(IPC) 支持進(jìn)程間各種通信機(jī)制。
五個(gè)
進(jìn)程調(diào)度，內(nèi)存管理，虛擬文件系統(tǒng)，網(wǎng)絡(luò)接口，進(jìn)程間通信
進(jìn)程管理系統(tǒng)；內(nèi)存管理系統(tǒng)；I/O管理系統(tǒng)；文件管理系統(tǒng)
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