第八週讀書筆記

第四章 進程調度

1、多任務

1.非搶佔式多任務

進程會一直執行直到本身主動中止運行（這一步驟稱爲讓步）

2.搶佔式多任務

Linux/Unix使用的是搶佔式的方式；強制的掛起進程的動做就叫作搶佔。進程在被搶佔以前可以運行的時間是預先設置好的（也就是進程的時間片）

2、策略

1. I/O消耗型和處理器消耗型的進程

（1）進程分爲I/O消耗型和處理器消耗型

• I/O消耗型:進程的大部分時間用來提交I/O請求或是等待I/O請求。這樣的進程常常處於可運行狀態，但一般是短短一下子。由於它在等待更多的I/O請求時最後總會阻塞。

• 處理器消耗型：把時間大多用在執行代碼上。除非被搶佔，不然一直不停地運行。對於這類，調度策略儘可能下降他們的調度頻率，而延長其運行時間。

（2）調度策略一般在兩個矛盾的目標中間尋找平衡：進程響應迅速（響應時間短）和最大系統利用率（高吞吐量）。

（3）Unix系統更傾向於I/O消耗型程序，以提供更好的程序響應速度。

2. 進程優先級

在某些系統中，優先級高的進程使用的時間片也比較長。調度程序老是選擇時間片未用盡並且優先級最高的進程運行。用戶和系統均可以經過設置進程的優先級來影響系統的調度。

Linux採用了兩種不一樣的優先級範圍——nice值和實時優先級值。

（1） nice值，範圍是-20到19，數值越大優先級越低，默認值爲0。Linux中，nice值則表明時間片的比例。能夠經過ps-el命令查看系統中的進程列表，結果中標記NI的一列就是進程對應的nice值。

（2） 實時優先級值，默認0到99，數值越大優先級越高。任何實時進程的優先級都高於普通的進程。
查看進程列表以及對應的實時優先級：ps-eo state,uid,pid,ppid,rtprio,time,comm.

3.時間片

代表進程被搶佔前所能持續運行的時間。長時間片致使系統交互表現欠佳。

（1）Linux的CFS調度器：沒有直接分配時間片到進程，而是將處理器的使用比劃分給進程。其搶佔時機取決於新的可運行程序消耗了多少處理器使用比。若是消耗的使用比比當前進程小，馬上投入運行，搶佔當前進程；不然推遲運行。

3、Linux調度算法

1.調度器類

（1）Linux調度器是以模塊方式提供的（也就是調度器類），目的是容許不一樣類型的進程能夠有針對性地選擇調度算法

（2）調度器類容許多種不一樣的可動態添加的調度算法並存，調度屬於本身範疇的進程；

（3）調度器代碼會按照優先級順序遍歷調度類，擁有一個可執行進程的最高優先級的調度器類勝出，去選擇下面要執行的那一個程序；

2.Unix中系統調度問題

（1）將nice值映射到時間片的話，就必須將nice值對應處處理器的絕對時間；這樣會致使進程切換沒法最優進行；

（2）若是使用相對nice值，所帶來的效果將會極大取決於其nice的初始值；

（3）若是執行nice值到時間片的映射，時間片極大受制於定時器。

3.公平調度

• 目標延遲：CFS爲完美多任務中的無限小調度週期的近似值設立的一個目標。越小的調度週期將帶來越好的交互性，同時也更接近完美的多任務。但必須承受更高的切換代價和更差的系統總吞吐能力。

• 最小粒度：CFS引人每一個進程得到的時間片底線，這個底線稱爲最小粒度。

CFS中，任何進程所得到的處理器時間是由它本身和其餘全部可運行進程nice值的相對差值決定。任何nice值對應的絕對時間是處理器的使用比。

4、Linux調度的實現

1.時間記帳

• 全部的調度器都必須對進程的運行時間作記帳；
• CFS使用調度器實體結構來追蹤運行記帳

2.虛擬實時

• vrntime變量【也就是在上面所說的實體結構中】存放虛擬運行時間。虛擬時間以ns爲單位，和節拍定時器無關；
• update_curr()函數實現了記帳功能；計算了當前進程的執行時間並將其存放在data_exec中；而後將運行時間傳遞給了_update_curr()，由後者再根據當前可運行進程總數對運行時間進行計算，最終肯定上述的權重值與當前運行進程的vrntime。

3.進程選擇

（1）CFS算法核心：選擇具備最小vrntime的任務

（2）具體作法：利用紅黑樹rbtree（以節點形式存儲數據的二叉樹）

4.進程調度入口

（1）進程調度的主要入口點是函數schedule()，定義在kernel/sched.c中；這正是內和其餘部分用於調度進程調度器的入口

（2）這一函數最重要的工做就是調用pick_next_state()，依次檢查每個調度類，並從最高優先級的調度類中，選擇最高優先級進程

5.睡眠和喚醒

（1）進程休眠必定是爲了等待一些事件

• 進程把本身標記成休眠狀態，從可執行紅黑樹中移除；
• 放入等待隊列——由等待某些時間發生的進程組成的鏈表，內核用wake_queue_head_t來表明等待隊列

（2）喚醒操做由函數wake_up()進行

• 它會調用函數try_to _wake_up()將進程設置爲TASK_RUNNING狀態，調用enqueue_task()將進程放入紅黑樹中
• 固然，也存在虛假喚醒進程的狀態

5、搶佔和上下文切換

上下文切換由定義在kernel/sched.c中的context_switch()函數負責，每當一個新的進程被選出來準備運行的時候，schedule()就會調用該函數：

• switch_mm()，負責把虛擬內存從上一個進程映射切換到新的進程中；
• switch_to()，負責從上一個進程的處理器狀態切換到新進程的處理器狀態

1．用戶搶佔

發生時機：

• 從系統調用返回用戶空間時；

• 從中斷處理程序返回用戶空間時。

2.Linux系統支持內核搶佔

（1）只要沒有鎖，內核就能夠進程搶佔；

（2）爲了支持搶佔，每一個進程的thread_info都加入了preempt_count計數器（初值爲0，每當使用鎖的時候就加1，釋放鎖的時候數值減1），當數值爲0時，內核就能夠搶佔

（3）內核搶佔發生在：

1. 中斷處理程序正在執行且返回內核空間以前；
2. 內核代碼再一次具備可搶佔性的時候；
3. 內核中的任務顯式地調用schedule函數

6、實時調度策略

• linux 提供兩種實時調度策略SCHED_FIFO和SCHED_RR。

• SCHED_FIFO實現了一種簡單的、先入先出的調度算法：它不使用時間片．處於可運行狀態的SCHED_FIFO 級的進程會比任何SCHED_NORMAL 級的進程都先獲得調度。
• SCHED_RR級的進程在耗盡事先分配給它的時間後就不能再繼續執行了．即 SC阻止RR 是帶有時鬧片的SCHED_FIFO-這是一種實時輪流調度算掛。