《Linux內核設計與實現》讀書筆記 4 進程調度

第四章進程調度

         進程調度程序可看作在可運行太進程之間分配有限的處理器時間資源的內核子系統。調度程序是多任務操做系統的基礎。經過調度程序的合理調度，系統資源才能最大限度地發揮做用，多進程纔會有併發執行的效果。

       最大限度地利用處理器時間的原則是，只要有能夠執行的進程，那麼總會有進程在執行。

4.1多任務

         多任務操做系統就是能同時併發地交互執行多個進程的操做系統。多任務能使多個進程處於堵塞或者睡眠狀態。就是任務位於內存內可是不被執行，直到某一事件發生。

分類：

l  非搶佔式：除非進程本身主動中止運行，不然就一直執行。進程主動掛起本身的操做叫讓步。缺點：進程獨佔的時間可能超乎想一想。毫不讓步的進程會崩潰。

l  搶佔式：（Linux提供）由調度程序來決定何時中止一個進程，以便其餘進程可以獲得執行。進程在被搶佔以前可以運行的時間是固定的，叫時間片。有效管理時間片能使調度程序從系統全局的角度作出調度決定，能夠避免個別進程獨佔系統資源。

4.2 Linux的進程調度

         版本2.4以前，Linux調度程序至關簡陋。2.5開發系列的內核中，開始採用O（1）調度程序。O（1）對時間敏感的程序卻有先天不足。O（1）調度程序雖然對於大服務器的工做負載很理想，可是在有不少交互程序要運行的桌面交互程序的調度性能引入了新的進程調度算法。爲了提升交互程序調度，該算法吸收隊列理論，將公平調度的概念引入了Linux調度程序。「徹底公平調度算法」，簡稱CFS。

 

4.3策略

         I/O消耗和處理器消耗型的進程:前者指進程大部分時間用來提交I/O請求，或等待I/O請求。後者進程把時間大多用在執行代碼上，除非被搶佔，不然一直運行。對於這類進程，調度策略是儘可能下降它們的調度頻率。調度策略一般要在兩個矛盾的目標中尋找平衡。

         進程優先級：調度算法中最基本的一類是基於優先級的調度。Linux採用了兩種不一樣的優先級範圍。第一種用nice值（-20~+19），越大的nice值意味更低的優先級（反比）。第二種範圍是實時優先級（默認0~99），其值可配置，值與優先級成正比。

       時間片：代表進程在被搶佔前所能持續運行的時間。調度策略必須規定一個默認時間片。時間片過長會致使系統對交互的響應表現欠佳，過短會明顯增大進程切換帶來的處理器消耗。I/O消耗性不須要長時間片，處理去則須要越長越好。

         調度策略活動：理想狀況下，調度程序應該給予文編編輯程序相比視頻編碼程序更多的處理器時間。須要依靠系統分配給文本編輯器比視頻解碼程序更高的優先級和更多的時間片。

4.4 Linux調度算法

         調度器類：Linux是以模塊方式提供的，目的是容許不一樣類型的進程能夠針對性地選擇調度算法。徹底公平調度（CFS）是一個針對普通進程的調度類。

       Unix系統中的進程調度：具備高優先級的進程將運行得更頻繁，也會被賦予更多時間片，UNxi上優先級以nice值形式輸出給用戶空間，這樣會致使進程切換沒法最優化進行。相對nice值，nice值得變化帶來的效果很大取決於nice的初始值。若是執行nice值到時間片的映射，咱們須要能分配一個絕對的時間片，這要求時間片必須是定時器節拍的整數倍，這樣。

         公平調度：CFS出發的理念：進程調度的效果應如同系統具備一個理想中的完美多任務處理器。每一個進程能得到1/n的處理器時間。但這只是理想狀態。但仍是須要週期儘可能小。CFS的作法是容許每一個進程運行一段時間、循環論轉、選擇運行最少的進程做爲下一個運行進程。當進程數量趨於無限，週期則趨於零那麼切換消耗則沒法接說，因此有最小粒度，就是最小時間片，默認是1ms。

4.5Linux調度的實現

         相關代碼在kernel/sched_fair.c，有四個組成部分:時間記帳，進程選擇，調度器入口，睡眠和喚醒。

         時間記帳：全部調度器都必須對進程運行時間作記帳。CFS以此保證公平。

         進程選擇：CFS會挑具備最小vruntime的進程。CFS用紅黑樹（自平衡二叉樹）來組織可運行進程隊列，並在其中迅速找到vruntime最小的進程。

         調度器入口：進程調度的主要入口是函數schedule（）。

         睡眠和喚醒：進程休眠機制，進程標記爲休眠，就會從紅黑樹中移出。喚醒則相反。

4.6搶佔和上下文切換

         上下文切換：從一個可執行進程切換到另外一個可執行進程。

         用戶搶佔：內核即將返回用戶空間的時候，若是need_resched標誌被設置，會致使schedule（）被調用，此時就會發生用戶搶佔。在如下狀況下產生，從系統調返回用戶空間時，從中斷處理程序返回用戶空間時。

         內核搶佔：Linux完整地支持內核搶佔。只要從新調度室安全的，內核就能夠在任什麼時候間搶佔正在執行的任務。如何是安全：只要沒有持有鎖就行。