工作室网站模板,大连甘井子区教育局官网,河南工程建筑信息网,网站vip怎么做文章说明#xff1a; Linux内核版本#xff1a;5.0 架构#xff1a;ARM64 参考资料及图片来源#xff1a;《奔跑吧Linux内核》 Linux 5.0内核源码注释仓库地址#xff1a; zhangzihengya/LinuxSourceCode_v5.0_study (github.com)
进程调度的概念比较简单#xff0c…文章说明 Linux内核版本5.0 架构ARM64 参考资料及图片来源《奔跑吧Linux内核》 Linux 5.0内核源码注释仓库地址 zhangzihengya/LinuxSourceCode_v5.0_study (github.com)
进程调度的概念比较简单假设在一个单核处理器的系统中同一时刻只有一个进程可以拥有处理器资源那么其他的进程只能在就绪队列runqueue中等待等到处理器空闲了之后才有机会获取处理器资源来运行。在这种场景下操作系统就需要从众多的就绪进程中选择—个最合适的进程来运行这个就是进程调度器scheduler要做的事情。调度器产生的最主要原因是提高处理器的利用率CPUutilization
1. 进程优先级和权重
Linux操作系统最早采用nice值来调整进程的优先级。nice值的思想是要对其他进程友好降低优先级来支持其他进程消耗更多的处理器时间它的范围是-20~19默认值是0。nice值越大优先级反而越低; nice值越低优先级越高。nice值-20表示这个进程是非常重要的优先级最高而nice值19则表示允许其他进程比这个线程优先享有宝贵的CPU时间这也是nice值的由来。
内核使用0~139的数值表示进程的优先级数值越小优先级越高。优先级0-99给实时进程使用 100-139给普通进程使用。另外在用户空间中有一个传统的变量nice它用于映射普通进程的优先级即100-139。
优先级在Linux内核中的划分方式如下
普通进程的优先级100~139实时进程的优先级0~99deadline进程的优先级-1
task_struct 数据结构中使用4个成员描述进程的优先级
struct task_struct {...// 动态优先级是调度类考虑的优先级// 0~139值越小优先级越高int prio;// 静态优先级在进程启动时分配。内核不存储 nice 值取而代之的是 static_prio// NICE_TO_PRIO 宏可以把nice值转换成 static_prio// static_prio 不会随着时间而改变用户可以通过 nice 或 sched_setscheduler 等系统调用来修改该值// 100~139值越小优先级越高int static_prio;// 基于 static_prio 和调度策略计算出来的优先级在创建进程时会继承父进程的 normal_prio// 对于普通进程normal_prio 等同于 static_prio// 对于实时进程会根据 rt_priority 重新计算 normal_prio详见 effective_prio 函数// 0~139值越小优先级越高int normal_prio;// 实时进程的优先级// 0~99值越大越高unsigned int rt_priority;...
}在Linux内核中除了使用优先级来表示进程的轻重缓急之外在实际调度器里还使用权重的概念来表示进程的优先级。为了计算方便内核约定nice值为0的进程的权重值为1024其他nice值对应的进程的权重值可以通过查表的方式来获取内核预先计算好了一个表 sched_prio_to_weight[40]表中下标对应nice值[-20~19]。
const int sched_prio_to_weight[40] {/* -20 */ 88761, 71755, 56483, 46273, 36291,/* -15 */ 29154, 23254, 18705, 14949, 11916,/* -10 */ 9548, 7620, 6100, 4904, 3906,/* -5 */ 3121, 2501, 1991, 1586, 1277,/* 0 */ 1024, 820, 655, 526, 423,/* 5 */ 335, 272, 215, 172, 137,/* 10 */ 110, 87, 70, 56, 45,/* 15 */ 36, 29, 23, 18, 15,
};2. 调度策略
进程调度依赖于调度策略schedule policyLinux内核把相同类型的调度策略抽象成调度类 schedule class。不同类型的进程采用不同的调度策略目前Linux内核中默认实现了5种调度类分别是stop、deadline、realtime、CFS和idle它们分别使用sched_class来定义并且通过next指针串联在—起如下图所示 Linux内核支持的5个调度类的异同如下表所示 相应的源码定义如下
// 调度策略
// 分时调度策略非实时进程的默认调度策略Linux内核没有实现这类调度策略
#define SCHED_NORMAL 0
// 先进先出调度策略
#define SCHED_FIFO 1
// 循环调度策略表示优先级相同的进程以循环分享时间的方式来运行
#define SCHED_RR 2
// 批处理调度这个调度策略表示让调度器认为该进程是 CPU 消耗型的因此调度器对这类进程的唤醒惩罚比较小。
// 在 Linux 内核里该类调度策略表示使用 CFS
#define SCHED_BATCH 3
/* SCHED_ISO: reserved but not implemented yet */
// 空闲调度策略用于运行低优先级的任务
#define SCHED_IDLE 5
// 用于调度有严格时间要求的实时进程
#define SCHED_DEADLINE 63. 调度算法
调度算法时间复杂度算法思想缺点基于优先级的调度算法O(n)分配给进程时间片时间片表示进程调度进来与调度出去之间所能持续运行的时间长度分配多长的时间片是一个需要考虑的问题时间片过长的话会导致交互型的进程得 不到及时响应时间片过短的话会增大进程切换带来的处理器消耗多级反馈队列算法O(1)把进程按照优先级分成多个队列相同优先级的进程在同一个队列中参数如何确定和优化。如系统需要设计多少个优先级队列? 时间片应该设置成多少?基于多级反馈队列的调度算法O(1)每个CPU各自维护一个属于自己的就绪队列这样减少了锁的争用。就绪队列由两个优先级数组组成即活跃active优先级数组和过期expired优先级数组每个优先级数组包含MAX_PRIO140个优先级队列也就是每个优先级对应一个队列活跃优先级数组中所有进程用完了时间片之后活跃优先级数组和过期优先级数组会进行互换CFSO(1)CFS抛弃以前固定时间片和固定调度周期的算法而采用进程权重值的比例来量化和计算实际运行时间。引入虚拟时间vmntime的概念每个进程的虚拟时间是实际运行时间相对于nice值为0的进程的权重的比值。CFS总是选择虚拟时间最短的进程
