Erlang併發機制 –進程調度

Erlang調度器主要完成對Erlang進程的調度，它是Erlang實現軟件實時和進程之間公平使用CPU的關鍵。Erlang運行時，有4種任務須要被調度：進程，Port，Linked-in driver，Erlang虛擬機的系統級活動。

 

Erlang調度器主要有如下特色：

1. 進程調度運行在用戶空間 ：Erlang進程不一樣於操做系統進程，Erlang的進程調度也跟操做系統徹底沒有關係，是由Erlang虛擬機來完成的；

2. 調度是搶佔式的：每個進程在建立時，都會分配一個固定數目的reduction（R15B中，這個數量默認值是2000），每一次操做（函數調用），reduction就會減小，當這個數量減小到0時或者進程沒有匹配的消息時，搶佔就會發生（無視優先級）；

3. 每一個進程公平的使用CPU：每一個進程分配相同數量的reduction，能夠保證進程能夠公平的（不是相等的）使用CPU資源

4. 調度器保證軟實時性：Erlang中的進程有優先級，調度器能夠保證在下一次調度發生時，高優先級的進程能夠優先獲得執行。

 

Reduction

受操做系統中基於時間片調度算法的影響，一開始知道有reduction這個概念時，一直想搞清楚這個reduction到底對應多長的絕對時間，不過，從Erlang自己對reduction的使用來看，徹底沒有必要糾結這個問題。《Erlang編程指南》一書中對reduction的說明以下：

程序中的每個命令，不管它是一個函數調用，仍是一個算術操做，或者內置

函數，都會分配必定數量的reduction。虛擬機使用這個值來衡量一個進程的活

動水平。

看到這個定義的第一反應是，若是一個函數調用的執行時間很長怎麼辦？那不是一個進程會長時間的佔用資源？Erlang對這個問題的答案是Trap機制，上一篇中有提到過，它的其中一個功能就是把費時的操做分階段作，好比lists:reverser和lists:member可能會根據輸入的不一樣會有很大的變化，因此就會使用到Trap機制：先執行一段時間，再Trap，而後再次調度到的時候再繼續執行。

 

SMP支持

從R11B（2006）Erlang開始支持SMP（Symmetrical Multi Processor，也就是多核）。Erlang對SMP的支持分爲如下幾個階段：

1). 單調度器、單運行隊列：調度器運行在虛擬機主進程中的一個線程中，從單個任務隊列中獲取運行進程，由於只有一個線程，因此對運行隊列的訪問不須要鎖；

2). 多調度器、單運行隊列：調度器的個數能夠自定義（參見erl命令的+S參數，默認數量同CPU核的數量），每一個調度器運行在一個線程中，可是隻有一個運行隊列，全部調度器都從同一個運行隊列獲取運行進程，因此會涉及到共享資源的訪問，須要用到鎖。

3). 多調度器、多運行隊列：每一個調度器都綁定有一個運行隊列，每一個調度器都從各自的運行隊列中獲取運行進程。相比單運行隊列，多運行隊列會減小鎖衝突，提升性能，可是，由於涉及到多運行隊列，就必須要考慮負載問題：若是一個調度器很忙，另外一個很閒，那怎麼辦？Erlang虛擬機存在一個任務遷移的邏輯，來保證各個調度器達到平衡。

 

進程優先級

Erlang進程有四種優先級：max, high, normal, low（max只在Erlang運行時系統內部使用，普通進程不能使用）。Erlang運行時有兩個運行隊列對應着max和high優先級的運行任務，normal和low在同一個隊列中。

調度器在調度發生時，老是首先查看具體max優先級的進程隊列，若是隊列中有能夠進行的進程，就會運行，直到這個隊列爲空。而後會對high優先級的進程隊列作一樣的操做（在SMP環境，由於同時有幾個調度器，因此在同一時間，可能會有不一樣優先級的任務在同時運行；但在同一個調度器中，同一時間，確定是高優先級的任務優先運行）。

普通進程在建立時，通常是normal優先級。normal和low優先級的進程只有在系統中沒有max和high優先級的進程可運行時纔會被調度到。一般狀況下，normal和low優先級的進程交替執行，low優先級得到CPU資源相對更少（通常狀況下）：low優先級的任務只有在運行了normal優先級任務特定次數後（在R15B中，這個數字是8）纔會被調度到（也就是說只有在調度了8個normal優先級的進程後，low優先級的進程纔會被調度到，即便low優先級的進程比normal優先級的進程更早進入調度隊列，這種機制可能會引發優先級反轉：假如你有成千上萬的活動normal進程，而只有幾個low優先級進程，那麼相比normal進程，low優先級可能會得到更多的CPU資源）。

 

調度算法的實現見[$OTP_SRC/erts/emulator/beam/erl_process.c --> schedule]，下面的圖片是算法流程圖，來源於這篇論文：Characterizing the Scalability of Erlang VM on Many-core Processors。