" 实时进程 " 优先级 高于 " 普通进程 " , 如果当前 Linux 系统的执行队列中有 " 实时进程 " , 调度器 会 优先选择 " 实时进程 " 进行调度 ;
Linux 内核的 " 进程调度 " 是按照 设计好的调度算法 安排的 , 该算法对应的功能模块 称为 " 调度器 " , 英文名称是 Scheduler ;
在上一篇博客 【Linux 内核】进程优先级与调度策略 ① ( SCHED_FIFO 调度策略 | SCHED_RR 调度策略 | 进程优先级 ) 中 , 简单介绍了 " 进程调度策略 " 与 " 进程优先级 " 概念 , 本篇博客开始继续介绍进程调度的代码细节 ;
" Linux 应用进程 " 可以根据 " Linux 内核 " 提供的 " 调度策略 " 选择 " 调度器 " ;
但凡懂Linux内核的,都知道Linux内核的CFS进程调度算法,无论是从2.6.23将其初引入时的论文,还是各类源码分析,文章,以及Linux内核专门的图书,都给人这样一种感觉,即 CFS调度器是革命性的,它将彻底改变进程调度算法。 预期中,人们期待它会带来令人惊艳的效果。
在上一篇文章中介绍了 Linux 内核是如何对进程进行管理的,这篇将阐述内核是如何对进程进行调度。因为这篇文章努力用简单的语言把进程调度这件事情描述清楚,所以文章篇幅略长,建议收藏慢看。也欢迎关注公众号 CS 实验室 ,目前在写一些开发中常用但不常了解细节的东西,比如 Linux 内核、Python 进阶。
我们首先要明白,线程和进程有什么关系?从概念上来讲,线程是进程的一部分,只是任务调度相关的部分,所以我们才说,“线程是调度的最小单位”。进程拥有着资源,这些资源不属于某一个特定线程,因为所有线程共享进程拥有的资源,所以我们才说,“进程是资源分配的最小单位”。需要特别说明的是,Linux在线程与进程的实现上与概念上有少许差别,这个等下再讨论。
参考 【Linux 内核】调度器 ⑨ ( Linux 内核调度策略 | SCHED_NORMAL 策略 | SCHED_FIFO 策略 | SCHED_NORMAL 策略 | SCHED_BATCH策略 ) 博客 , 介绍了 Linux 内核相关的调度策略 ;
最近在研究Linux的短程调度(进程调度包括长程调度、中程调度和短程调度,详见参考博客1)相关的算法和调度器,由参考博客1可知,短程调度的主要任务是按照某种策略和算法将处理机分配给一个处于就绪状态的进程,分为抢占式和非抢占式。中程调度(又叫中级调度)的主要任务则是按照给定的原则和策略,将处于外存交换区中的就绪状态或等待状态的进程调入内存,或把处于内存就绪状态或内存等待状态的进程交换到外存交换区。长程调度(又叫高级调度)的主要任务则是将已进入系统并处于后备状态的作业按某种算法选择一个或一批,为其建立进程,并进入主机,装入内存;当该作业执行完毕时,负责回收系统资源。如下图所示:
我就知道有人会这么说,然而那样就成了一篇议论文了,而我只是想写一篇随笔。所以,不管事实是不是那样,反正我就是觉得Windows,MacOS,iOS都很流畅,而Linux,Android却很卡。当然了,这里说的是GUI,如果考量点换成是Web服务的吞吐和时延,那估计结论要反过来了,不过那是客户端程序感觉到的事,作为人,who care!
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CFS 调度器 ( Completely Fair Scheduler ) 是 " 完全公平调度器 " , " 完全公平调度算法 " 对每个 进程 都是 公平 的 ,
一般来说,在操作系统中会运行多个进程(几个到几千个不等),但一台计算机的 CPU 资源是有限的,如 8 核的 CPU 只能同时运行 8 个进程。那么当进程数大于 CPU 核心数时,操作系统是如何同时运行这些进程的呢?
进程定义:所谓进程是由正文段(Text)、用户数据段(User Segment)以及系统数据段(System Segment)共同组成的一个执行环境。它代表程序的执行过程,是一个动态的实体。
在早期的 linux 操作系统中,2.4 版本到 2.6 版本之间,linux 采用了实现起来十分简单的 O(n) 调度器。
中 , 介绍了 调度类 sched_class 结构体的源码 , 重要的 字段 以及 函数指针 ;
该文章介绍了Linux 系统中进程的调度、进程的优先级以及实时进程的调度策略。首先介绍了Linux 系统中的进程调度,包括不同的调度类型、调度算法和调度优先级。其次,讨论了Linux 系统中的实时进程调度,包括实时进程的定义、调度特性和实时进程的调度算法。最后,介绍了Linux 系统中进程调度的实现,包括内核中的进程管理、进程的地址空间、进程的调度和同步以及进程的内存管理。
因而内核提供了两个调度器主调度器,周期性调度器,分别实现如上工作, 两者合在一起就组成了核心调度器(core scheduler), 也叫通用调度器(generic scheduler).
我在多年的工程生涯中发现很多工程师碰到一个共性的问题:Linux工程师很多,甚至有很多有多年工作经验,但是对一些关键概念的理解非常模糊,比如不理解CPU、内存资源等的真正分布,具体的工作机制,这使得他们对很多问题的分析都摸不到方向。比如进程的调度延时是多少?Linux能否硬实时?多核下多线程如何执行?系统的内存究竟耗到哪里去了?我写的应用程序究竟耗了多少内存?什么是内存泄漏,如何判定内存是否真的泄漏?CPU速度、内存大小和系统性能的关联究竟是什么?内存和I/O存在着怎样的千丝万缕的联系?
关于太古老的故事,我就长话短说,主要是留下个 UNIX进程调度器从何开始 的印象,这样方便我们理解为什么Linux的进程调度器会是现在的这个效果。
Linux 内核源码 linux-5.6.18\kernel\sched\sched.h 中 , 定义的 struct sched_class 调度类结构体 , 就是 " 调度器 " 对应的类 ;
调度器面对的情形就是这样, 其任务是在程序之间共享CPU时间, 创造并行执行的错觉, 该任务分为两个不同的部分, 其中一个涉及调度策略, 另外一个涉及上下文切换.
Linux内核作为一个通用的操作系统(OS),需要兼顾各种各样类型的进程,包括实时进程、交互式进程、批处理进程等。而调度器(Scheduler)作为OS的核心组件——CPU时间的管理器,主要负责选择某些就绪的进程来执行。不同的调度器根据不同的方法挑选出最适合运行的进程。目前,在Linux内核中支持的调度器有CFS调度器、Realtime调度器、Deadline调度器和Idle调度器 。本篇将简单介绍CFS调度器的设计原理。
链接:https://blog.csdn.net/dog250/article/details/96362789
从Linux 2.6.23开始,默认的调度器为CFS,即"完全公平调度器"(Completely Fair Scheduler)。CFS调度器取代了之前的"O(1)"调度器。
进程是操作系统虚拟出来的概念,用来组织计算机中的任务。它从诞生到随着CPU时间执行,直到最终消失。不过,进程的生命都得到了操作系统内核的关照。就好像疲于照顾几个孩子的母亲内核必须做出决定,如何在进程间分配有限的计算资源,最终让用户获得最佳的使用体验。内核中安排进程执行的模块称为调度器(scheduler)。这里将介绍调度器的工作方式。
大家好,我是cloud3,本文讲一下操作系统中的调度算法以及多处理中的调度问题。
在前面的几篇文章中,我们重点分析了如果通过fork, vfork, pthread_create去创建一个进程或者线程,以及后面说了在内核层面do_fork的实现。目前为止我们已经了解到一个进程是如何创建的。
虽然我们在区分Linux进程类别, 但是我还是想说Linux下只有一种类型的进程,那就是task_struct,当然我也想说linux其实也没有线程的概念, 只是将那些与其他进程共享资源的进程称之为线程。
计算机硬件 上面一层是 Linux 内核 , 计算机的所有硬件操作都要经过内核 , 内核是 抽象资源操作 与 具体硬件操作细节 之间的接口 ;
我就知道有人会这么说,然而那样就成了一篇议论文了,而我只是想写一篇随笔。所以,不管事实是不是那样,反正我就是觉得Windows,MacOS,iOS都很流畅,而Linux,Android却很卡。当然了,这里说的是GUI,如果考量点换成是Web服务的吞吐和时延,那估计结论要反过来了,不过那是客户端程序感觉到的事,作为人,who cares!
在《一文读懂 | 进程怎么绑定 CPU》这篇文章中介绍过,在 Linux 内核中会为每个 CPU 创建一个可运行进程队列,由于每个 CPU 都拥有一个可运行进程队列,那么就有可能会出现每个可运行进程队列之间的进程数不一样的问题,这就是所谓的 负载不均衡 问题,如下图所示:
在上一篇博客 【Linux 内核】CFS 调度器 ② ( CFS 调度器 “ 权重 “ 概念 | CFS 调度器调度实例 | 计算进程 “ 实际运行时间 “ ) 中 , 计算了 进程 在 CPU 上的 " 实际运行时间 " , CPU 的总时间是 CPU 的调度区 大小 , 则 进程 在 CPU 上执行的进程 可获取到的 CPU 时间 计算公式如下 :
进程是操作系统虚拟出来的概念,用来组织计算机中的任务。但随着进程被赋予越来越多的任务,进程好像有了真实的生命,它从诞生就随着CPU时间执行,直到最终消失。不过,进程的生命都得到了操作系统内核的关照。就好像疲于照顾几个孩子的母亲内核必须做出决定,如何在进程间分配有限的计算资源,最终让用户获得最佳的使用体验。内核中安排进程执行的模块称为调度器(scheduler)。这里将介绍调度器的工作方式。
注:本分类下文章大多整理自《深入分析linux内核源代码》一书,另有参考其他一些资料如《linux内核完全剖析》、《linux c 编程一站式学习》等,只是为了更好地理清系统编程和网络编程中的一些概念
本系列是对 陈莉君 老师 Linux 内核分析与应用[1] 的学习与记录。讲的非常之好,推荐观看
在Linux中,线程是由进程来实现,线程就是轻量级进程( lightweight process ),因此在Linux中,线程的调度是按照进程的调度方式来进行调度的,也就是说线程是调度单元。Linux这样实现的线程的好处的之一是:线程调度直接使用进程调度就可以了,没必要再搞一个进程内的线程调度器。在Linux中,调度器是基于线程的调度策略(scheduling policy)和静态调度优先级(static scheduling priority)来决定那个线程来运行。
首先需要思考的问题是:什么是调度器(scheduler)?调度器的作用是什么?调度器是一个操作系统的核心部分。可以比作是CPU时间的管理员。调度器主要负责选择某些就绪的进程来执行。不同的调度器根据不同的方法挑选出最适合运行的进程。目前Linux支持的调度器就有RT scheduler、Deadline scheduler、CFS scheduler及Idle scheduler等。我想用一系列文章呈现Linux 调度器的设计原理。
6.音频:音频体系结构ALSA.支持USB音频和MIDI设备,并支持全双工重放功能。
多任务系统中, 内核负责管理各个任务, 或者说为每个任务分配CPU时间, 并且负责任务之间的通讯.
进程提供了两种优先级,一种是普通的进程优先级,第二个是实时优先级。前者适用SCHED_NORMAL调度策略,后者可选SCHED_FIFO或SCHED_RR调度策略。任何时候,实时进程的优先级都高于普通进程,实时进程只会被更高级的实时进程抢占,同级实时进程之间是按照FIFO(一次机会做完)或者RR(多次轮转)规则调度的。 1.实时进程的调度 实时进程,只有静态优先级,因为内核不会再根据休眠等因素对其静态优先级做调整,其范围在0~MAX_RT_PRIO-1间。默认MAX_RT_PRIO配置为100,也即,
CPU 资源被分成若干 时间片 , 每个进程分不同的时间 , 使用 CPU 时间片 , 这是 分时复用机制 ;
在Linux 中,仅等待 CPU 时间的进程称为就绪进程,它们被放置在一个运行队列中,一个就绪进程的状 态标志位为 TASK_RUNNING。一旦一个运行中的进程时间片用完, Linux 内核的调度器会剥夺这个进程对 CPU 的控制权,并且从运行队列中选择一个合适的进程投入运行。
之前我写过一篇分析 O(1)调度算法 的文章:O(1)调度算法,而这篇主要分析 Linux 现在所使用的 完全公平调度算法。
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