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。
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。
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?
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。
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,我们知道,到 Linux 2.6.23 版本后,linux 实际上维护了一组调度器来实现不同的调度需要,它们被分为了四层:
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 ,
调度:就是按照某种调度的算法设计,从进程的就绪队列中选择进程分配CPU,主要是协调进程对CPU等相关资源的使用。
请理解并分析sched_class中各个函数指针的用法,并结合Round Robin 调度算法描ucore的调度执行过程
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。
先来先服务(FCFS)调度算法是一种最简单的调度算法,该算法既可用于作业调度,也可用于进程调度。当在作业调度中采用该算法时,每次调度都是从后备作业队列中选择一个或多个最先进入该队列的作业,将它们调入内存,为它们分配资源、创建进程,然后放入就绪队列。在进程调度中采用FCFS算法时,则每次调度是从就绪队列中选择一个最先进入该队列的进程,为之分配处理机,使之投入运行。该进程一直运行到完成或发生某事件而阻塞后才放弃处理机。
1024是程序员的狂欢节。基于二进制的原理,程序员通常会把1024当做一个整数而不是1000。程序员这个行业处理“bit”,当然这个行业“苦逼”,这也让我轻松地记住了一个单词——bitter。bitter的意思就是“苦的”,bit后面加er后缀,是人,这里只是会意记单词。
在多道程序环境下,内存中存在着多个进程,进程的数目往往多于处理机的数目。这就要求系统能按某种算法,动态地将处理机分配给一个处于就绪状态的进程,使之执行。分配处理机的任务是由处理机调度程序完成的。
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.
在BFS和MuqSS两个调度器的介绍之后,本文再介绍一种有意思的调度器,即Coscheduling。
软件工程师们总习惯把OS(Operating System,操作系统)当成是一个非常值得信赖的管家,我们只管把程序托管到OS上运行,却很少深入了解操作系统的运行原理。确实,OS作为一个通用的软件系统,在大多数的场景下都表现得足够的优秀。但仍会有一些特殊的场景,需要我们对OS进行各项调优,才能让业务系统更高效地完成任务。这就要求我们必须深入了解OS的原理,不仅仅只会使唤这个管家,还能懂得如何让管家做得更好。
实时优先级范围是0到MAX_RT_PRIO-1(即99),而普通进程的静态优先级范围是从MAX_RT_PRIO到MAX_PRIO-1(即100到139)。值越大静态优先级越低。
提示:公众号展示代码会自动折行,建议横屏阅读 摘要 本文(有码慎入)主要介绍Linux任务调度相关的发展历史和基本原理。多年以来,内核界的黑客们一直着力于寻找既能满足高负载后台任务资源充分利用,又能满足桌面系统良好交互性的调度方法,尽管截至到目前为止仍然没有一个完美的解决方案。本文希望通过介绍调度算法的发展历程,因为任务调度本身不是一个局限于操作系统的话题,包括数据库,程序语言实现等,都会与调度相关。本文在介绍过程中,会引用Linux的代码实现作为说明,同时阐述其中的一些趣闻轶事。 调度实体 进程任务通常包
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
所谓进程调度方式,是指当某个进程正在处理机上执行时,若有某个更为重要或紧迫的进程需要处理,即有优先权更高的进程进入就绪队列,此时应如何分配处理机。通常有以下两种进程调度方式:
这次给大家带来的是牛客一位昵称为一条咸鱼游啊游的朋友分享的面经,勾玉在这里做出分析解答,一起看看吧~
发生进程切换时,本质是CPU资源占用者间的切换。此时需要保存当前进程在PCB中的执行上下文(CPU状态),然后恢复下一个进程的执行上下文。
1. 先来先服务调度算法。先来先服务(FCFS)调度算法是一种最简单的调度算法,该算法既可用于作业调度, 也可用于进程调度。FCFS算法比较有利于长作业(进程),而不利于短作业(进程)。由此可知,本算法适合于CPU繁忙型作业, 而不利于I/O繁忙型的作业(进程)。
处理机调度基本概念 在处理机调度上可以分为三个层次,级别从低到高 哪些资源分给CPU(低) 选择哪些进程到外存中(中) 哪些作业放入内存(高) 处理机的调度实际上就是用不同的算法来将我们的作业合理分配,提高CPU的利用率。达到公平性、平衡性。 先来先服务算法FCFS 按照作业提交或进程变为就绪状态的先后次序,分派CPU; 当前作业或进程占用CPU,直到执行完或阻塞,才出让CPU(非抢占方式)。 在作业或进程唤醒后(如I/O完成),并不立即恢复执行,通常等到当前作业或进程出让CPU。是最简单的算法。 谁先来,
Linux Kernel Development 一书中,关于 Linux 的进程调度器并没有讲解的很全面,只是提到了 CFS 调度器的基本思想和一些实现细节;并没有 Linux 早期的调度器介绍,以及最近这些年新增的在内核源码树外维护的调度器思想。所以在经过一番搜寻后,看到了这篇论文 A complete guide to Linux process scheduling,对 Linux 的调度器历史进行了回顾,并且相对细致地讲解了 CFS 调度器。整体来说,虽然比较啰嗦,但是对于想要知道更多细节的我来说非常适合,所以就有了翻译它的冲动。当然,在学习过程也参考了其它论文。下面开启学习之旅吧,如有任何问题,欢迎指正~
进程调度决定了将哪个进程进行执行,以及执行的时间。操作系统进行合理的进程调度,使得资源得到最大化的利用。
上一篇文章中,我们介绍了内核调度的基本概念,知道了调度器设计中最核心的两个指标 -- 周转时间与响应时间:
多道程序操作系统的基础。通过在进程之间切换CPU,操作系统可以提高计算机的吞吐率。
在多道程序环境下,主存中有着多个进程,其数目往往多于处理机数目。这就要求系统能按某种算法,动态地把处理机分配给就绪队列中的一个进程,使之执行。分配处理机的任务是由处理机调度程序完成的。由于处理机是最重要的计算机资源,提高处理机的利用率及改善系统性能(吞吐量、响应时间),在很大程度上取决于处理机调度性能的好坏,因而,处理机的调度问题便成为操作系统设计的中心问题之一。
我们知道,程序需要获得CPU的资源才能被调度和执行,那么当一个进程由于某种原因放弃CPU然后进入阻塞状态,下一个获得CPU资源去被调度执行的进程会是谁呢?下图中,进程1因为阻塞放弃CPU资源,此时,进程2刚IO操作结束,可以获得CPU资源去被调度,进程3的时间片轮转结束,也同样可以获得CPU资源去被调度,那么,此时的操作系统应该安排哪个进程去获得CPU资源呢?这就涉及到我们操作系统的CPU调度策略了。
进程的概念起源于操作系统,是操作系统最核心的概念,也是操作系统提供的最古老也是最重要的抽象概念之一。操作系统的其他所有内容都是围绕进程的概念展开的
前言: 近来在准备校招的笔试面试,复习到操作系统时感觉概念性的东西比较多,不过对于以下的几类算法还是有必要做个小小总结。
2. 掌握进程调度算法,如先来先服务调度算法(first come first served,FCFS)、短作业优先调度算法(shotjob first,SJF)、时间片轮转调度算法。
长按识别上方二维码,关注公众号:后端面试那些事 回复“报告”,获取你的GitHub年度报告! 来源 | GitChat / DS 作为程序员,今天你决定翘掉晚上的加班,约女朋友看电影。 电影是 20:00 开始。 虽然翘掉了加班,但你从公司出来,就已经 19:00 了。 公司在望京 SOHO,约会地点在朝阳大悦城。 (这点时间,祝你好运吧) 也许你运气真的很好,19:50 就赶到商场了。 心里想:“还有10分钟才开始,电影院在 F8,乘个直梯,两分钟就到,今天真美好。” 你按了上行按钮,并行的 3 部电梯,
CPU 在计算机系统中是非常重要的,但是早期的时候非常简单,是因为它像其他资源一样被一个作业所独占,不存在什么处理及分配或者调度的问题,但是随着各种多道程序的设计以及不同类型的操作系统的出现,不同的CPU的管理方法将会为用户提供不同性能的操作系统
大多数现代操作系统旨在尝试从底层硬件资源中提取最佳性能。这主要是通过两个主要硬件资源的虚拟化来实现的:CPU 和内存。现代操作系统提供了一个多任务环境,基本上为每个任务提供了自己的虚拟 CPU。任务通常不知道它不独占 CPU 使用权这一事实。
介绍:又称为高级调度或长程调度,调度对象是作业。根据作业控制块(JCB)中的信息,审查系统能否满足用户作业的资源需求,以及按照一定的算法,从外存的后备队列中选取某些作业调入内存,并为他们创建进程、分配必要的资源。然后再将新创建的进程插入到就绪队列,准备执行。
4、高响应比优先调度算法:在批处理系统中,短作业优先算法是一种比较好的算法,其主要的不足之处是长作业的运行得不到保证。如果我们能为每个作业引入前面所述的动态优先权,并使作业的优先级随着等待时间的增加而以速率a 提高,则长作业在等待一定的时间后,必然有机会分配到处理机。该优先权的变化规律可描述为:
想当初,操作系统创造我时,只是打算让我用 FCFS 调度算法,简单维护下进程的秩序。但我后来的发展,远远超过了他的想象。
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。
针对没有实时需求的普通进程,Linux内核使用完全公平调度器(Completely Fair Scheduler,CFS)。普通进程的nice值(相对优先级,基准值是120)的取值范围是-20~19,值越小表示优先级越高,不同优先级的进程应该享受不同的待遇,优先级高的进程应该获得更多的处理器时间。为了兼顾进程优先级和公平性,完全公平调度算法引入了虚拟运行时间,如下。
前面我们重点分析了如何通过 fork, vfork, pthread_create 去创建一个进程或者线程,以及后面说了它们共同调用 do_fork 的实现。现在已经知道一个进程是如何创建的,但是进程何时被执行,需要调度器来选择。所以这一节我们介绍下进程调度和进程切换的详情。
文中的很多图片来源我考研时看的网课,B 站上应该还能找到,王道考研出品的操作系统系列,各位可以去看看,适用于考试,不太适用于春招秋招,因为知识点讲的太细,边边角角都会讲到,各位可以挑几个章节去看。全文脉络思维导图如下:
操作系统的处理器资源主要是介绍了,由于多道程序设计带来的并发性,内存中运行多个进程并发运行。而处理器资源是远远小于进程的数量的,所以如何调度处理器给合适的进程成为了OS的焦点。
lab6 会依赖 lab1~lab5 ,我们需要把做的 lab1~lab5 的代码填到 lab6 中缺失的位置上面。练习 0 就是一个工具的利用。这里我使用的是 Linux 下的系统已预装好的 Meld Diff Viewer 工具。和 lab5 操作流程一样,我们只需要将已经完成的 lab1~lab5 与待完成的 lab6 (由于 lab6 是基于 lab1~lab5 基础上完成的,所以这里只需要导入 lab5 )分别导入进来,然后点击 compare 就行了。
作为资源管理的核心部分,OS的线程调度器必须保持下面这样简单,不变的特性: 确保ready状态的线程总是被调度到有效的CPU核上。虽然它看起来是简单的,我们发现这个不变性在Linux上经常被打破。当ready状态的线程在runqueue中等待时,有些CPU核却还会空闲几秒。以我们的经验,这类性能方面的问题会导致重度依赖同步的应用的性能成倍的下降,针对Kernel编译会多造成高达13%的延迟,针对广泛使用的商用数据库会造成23%的吞吐量降低。传统的测试技术和调试工具对于确认和了解这类问题是无效的,因此这些问题的症状经常是难以捕获的。为了能够推动我们的调查,我们构建了新的工具来在线检测这种违反不变性的情况并且将调度行为可视化。这些工具是简单的,易于在多个kernel版本间移植的并且使用的代价很小。我们相信这些工具将成为内核开发者工具链的一部分来帮助其避免这类问题的出现。
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