一、基本概念

  1. 抢占
    • Linux提供抢占式多任务,基于时间片和优先级对进程进行强制挂起
    • 非抢占的系统需要进程自己让步(yielding)
  2. 进程类型
    • IO消耗型
      • 经常处于可运行态,等待IO操作过程会阻塞
      • 提高调度频率,缩短运行时间
    • CPU消耗型
      • cpu时间用于计算
      • 降低调度频率,延长运行时间
    • Linux优先保证响应性能,倾向于优化IO消耗型
  3. 进程优先级

    • 内核的优先级

      • 静态优先级:

        static_prio = MAX_RT_PRIO + nice + 20  [100, 139]
      • 实时优先级 —— 值越大优先级越高

        rt_prio = 99(High) ~ 0(Low)
      • 动态优先级 —— 值越小优先级越高

        • rt

          prio = MAX_RT_PRIO - 1 - rt_prio    [0, 99]    用于实时进程
        • 普通

          prio = static_prio            [100, 139] 用于普通进程
      • normal优先级

        normal_prio = MAX_PRIO - 20        [120]    默认进程优先级,nice = 0
    • 常量

      MAX_RT_PRIO = 100
      MAX_PRIO = 140
      nice = [-20, 19]
    • 关系图

      (High)    0  1 ...    98  99  100 101    ...         120 ...        138 139  (Low)
      |__|_____________|___|___|___|____________|______________|___|
       (High)    99 98 ...     1   0  100 101    ...         120 ...        138 139  (Low)
|__|_____________|___| |___|____________|______________|___|
rt_prio static_prio -20 -19 ... 0 ... 18 19
|___|____________|______________|___|
nice 120
|
normal_prio RT RT ... RT RT 0 1 ... 20 ... 38 39 (Low)
大专栏  Linux内核初探 之 进程(三) —— 进程调度算法top(PR) |__|_____________|___|___|___|____________|______________|___|
  1. 时间片
    • IO消耗型需要短时间片提高系统响应,CPU需要长时间片减小切换消耗以及提高cache命中
    • Linux默认时间片较短,且不是直接分配到进程,CFS分配处理器使用比,当新任务的使用比小于当前进程的时候,可以抢占当前任务
      • 比如响应界面输入的处理器时间小于执行复杂计算,则前者可以抢占后者,使用户输入迅速得到响应
    • nice值作为权重调整处理器使用比

二、Linux调度算法

  1. 调度器类schedular class
    • schedular class以模块方式提供调度器,可动态添加,按优先级选取
  2. 完全公平调度CFS
    • Linux默认SCHED_OTHER策略
  3. 按优先级分配时间片的问题
    • 将nice值映射到绝对时间片,nice值差异越大,时间片差异越大。没有按照整个可用时间片的比例分配,导致优先级低的时候,时间片少,进程切换频繁
      • 如nice值-20时间片100ms,20时间片5ms,则即使系统只有两个时间片20的进程,也各只有5ms
      • 往往低优先级(高nice值)需要更长时间片,与策略相反
    • 相对nice值的差异
      • nice值1代表5ms处理器时间
        • 为0和1,时间片为100和95,为19和20,时间片为10和5
      • nice值加减1的效果取决于初始值
    • 系统定时器决定了
      • 时间片必需是定时器节拍的整数倍
      • 两个时间片之间的差异
      • 时间片会随定时器节拍改变
  4. 完全公平调度CFS
    • 基于概念:将处理器时间平均分配给系统中的所有进程,每个进程的运行时间相当,运行时100%占有处理器
    • 允许每个进程运行一段时间,选择运行最少的运行
    • 按处理器使用比,nice值作为权重
    • 小的调度周期交互性更好,但切换代价高,影响系统吞吐,被限制为1ms以避免切换消耗
    • 进程所获得的处理器时间为其它可运行进程nice值的相对差

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