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在Linux操作系統(tǒng)中,進(jìn)程調(diào)度是內(nèi)核的一個(gè)重要組成部分,它負(fù)責(zé)決定哪個(gè)可運(yùn)行的進(jìn)程將獲得CPU時(shí)間,Linux采用了多種調(diào)度策略和算法來(lái)確保系統(tǒng)資源的合理分配和高效利用,以下是一些主要的Linux進(jìn)程調(diào)度規(guī)則和概念:

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1、調(diào)度策略(Scheduling Policies)
SCHED_OTHER(普通進(jìn)程):這是Linux默認(rèn)的調(diào)度策略,適用于大多數(shù)普通進(jìn)程,這些進(jìn)程按照公平的方式被調(diào)度,即每個(gè)進(jìn)程都會(huì)被賦予一定的CPU時(shí)間。
SCHED_FIFO(先進(jìn)先出實(shí)時(shí)進(jìn)程):實(shí)時(shí)進(jìn)程以它們變?yōu)榭蛇\(yùn)行的順序來(lái)執(zhí)行,一旦開(kāi)始執(zhí)行,它們會(huì)一直運(yùn)行,直到完成、自愿放棄CPU或被更高優(yōu)先級(jí)的實(shí)時(shí)進(jìn)程搶占。
SCHED_RR(輪轉(zhuǎn)實(shí)時(shí)進(jìn)程):實(shí)時(shí)進(jìn)程以時(shí)間片輪轉(zhuǎn)的方式執(zhí)行,每個(gè)實(shí)時(shí)進(jìn)程被分配一個(gè)時(shí)間片,并在該時(shí)間片內(nèi)運(yùn)行,當(dāng)時(shí)間片用盡時(shí),如果還有其他相同優(yōu)先級(jí)的實(shí)時(shí)進(jìn)程等待運(yùn)行,則進(jìn)行輪轉(zhuǎn)。
2、調(diào)度算法(Scheduling Algorithms)
CFS(Completely Fair Scheduler,完全公平調(diào)度器):這是Linux 2.6.23版本引入的默認(rèn)調(diào)度算法,用于SCHED_OTHER策略,CFS旨在為每個(gè)進(jìn)程提供等量的CPU時(shí)間,確保所有進(jìn)程公平分享處理器時(shí)間。
RealTime Scheduler:對(duì)于實(shí)時(shí)進(jìn)程,Linux使用兩種實(shí)時(shí)調(diào)度策略:SCHED_FIFO和SCHED_RR,實(shí)時(shí)調(diào)度器確保實(shí)時(shí)進(jìn)程能夠根據(jù)其優(yōu)先級(jí)立即獲得CPU時(shí)間。
3、優(yōu)先級(jí)(Priority)
在Linux中,每個(gè)進(jìn)程都有一個(gè)優(yōu)先級(jí)值,稱為nice值,nice值的范圍從20到+19,較低的值表示較高的優(yōu)先級(jí),普通進(jìn)程的nice值可以在運(yùn)行時(shí)通過(guò)nice命令或renice命令調(diào)整。
實(shí)時(shí)進(jìn)程具有更高的優(yōu)先級(jí),它們的優(yōu)先級(jí)范圍是從0到99,數(shù)值越低,優(yōu)先級(jí)越高。
4、多隊(duì)列調(diào)度(MultiQueue Scheduling)
為了提高多處理器系統(tǒng)的性能,Linux使用了多隊(duì)列調(diào)度,在這種模式下,每個(gè)處理器都有自己的運(yùn)行隊(duì)列,進(jìn)程可以綁定到特定的CPU上運(yùn)行,這有助于減少進(jìn)程在不同CPU之間的遷移,從而降低緩存失效和同步開(kāi)銷。
5、負(fù)載平衡(Load Balancing)
即使使用了多隊(duì)列調(diào)度,Linux內(nèi)核也會(huì)監(jiān)控各個(gè)CPU的負(fù)載情況,并在必要時(shí)將進(jìn)程從一個(gè)CPU遷移到另一個(gè)CPU,以保持系統(tǒng)的負(fù)載均衡。
6、上下文切換(Context Switching)
當(dāng)內(nèi)核從一個(gè)進(jìn)程切換到另一個(gè)進(jìn)程時(shí),會(huì)發(fā)生上下文切換,這個(gè)過(guò)程涉及到保存當(dāng)前進(jìn)程的狀態(tài)和加載新進(jìn)程的狀態(tài),頻繁的上下文切換會(huì)增加系統(tǒng)開(kāi)銷,因此內(nèi)核會(huì)盡量減少不必要的切換。
7、休眠和喚醒(Sleeping and Waking Up)
當(dāng)進(jìn)程暫時(shí)不需要CPU時(shí),它可以進(jìn)入休眠狀態(tài),內(nèi)核會(huì)在適當(dāng)?shù)臅r(shí)機(jī)喚醒休眠的進(jìn)程,使其重新進(jìn)入可運(yùn)行狀態(tài)。
8、優(yōu)先級(jí)倒置(Priority Inversion)
為了避免高優(yōu)先級(jí)進(jìn)程被低優(yōu)先級(jí)進(jìn)程阻塞的情況,Linux實(shí)現(xiàn)了優(yōu)先級(jí)繼承和優(yōu)先級(jí)天花板等機(jī)制來(lái)減少優(yōu)先級(jí)倒置的影響。
9、CPU親和性(CPU Affinity)
通過(guò)設(shè)置CPU親和性,可以將進(jìn)程綁定到特定的CPU或CPU集上運(yùn)行,這有助于優(yōu)化性能和管理資源。
10、調(diào)度延遲(Scheduling Latency)
調(diào)度延遲是指從內(nèi)核決定喚醒一個(gè)進(jìn)程到該進(jìn)程實(shí)際開(kāi)始運(yùn)行的時(shí)間,Linux調(diào)度器致力于最小化調(diào)度延遲,以提高響應(yīng)速度。
總結(jié)來(lái)說(shuō),Linux進(jìn)程調(diào)度規(guī)則和機(jī)制的設(shè)計(jì)目標(biāo)是確保系統(tǒng)資源的高效利用,同時(shí)提供公平的調(diào)度機(jī)會(huì)給所有進(jìn)程,并且支持實(shí)時(shí)任務(wù)的需求,了解這些規(guī)則和機(jī)制對(duì)于系統(tǒng)管理員和開(kāi)發(fā)人員來(lái)說(shuō)是非常重要的,因?yàn)樗鼈冎苯佑绊懙较到y(tǒng)的性能和響應(yīng)能力。
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