Linux進(jìn)程調(diào)度策略

linux內(nèi)核的三種主要調(diào)度策略：

1，SCHED_OTHER 分時(shí)調(diào)度策略，

2，SCHED_FIFO實(shí)時(shí)調(diào)度策略，先到先服務(wù)

3，SCHED_RR實(shí)時(shí)調(diào)度策略，時(shí)間片輪轉(zhuǎn)

實(shí)時(shí)進(jìn)程將得到優(yōu)先調(diào)用，實(shí)時(shí)進(jìn)程根據(jù)實(shí)時(shí)優(yōu)先級(jí)決定調(diào)度權(quán)值。分時(shí)進(jìn)程則通過(guò)nice和counter值決定權(quán)值，nice越小，counter越大，被調(diào)度的概率越大，也就是曾經(jīng)使用了cpu最少的進(jìn)程將會(huì)得到優(yōu)先調(diào)度。

SHCED_RR和SCHED_FIFO的不同：

當(dāng)采用SHCED_RR策略的進(jìn)程的時(shí)間片用完，系統(tǒng)將重新分配時(shí)間片，并置于就緒隊(duì)列尾。放在隊(duì)列尾保證了所有具有相同優(yōu)先級(jí)的RR任務(wù)的調(diào)度公平。

SCHED_FIFO一旦占用cpu則一直運(yùn)行。一直運(yùn)行直到有更高優(yōu)先級(jí)任務(wù)到達(dá)或自己放棄。

如果有相同優(yōu)先級(jí)的實(shí)時(shí)進(jìn)程(根據(jù)優(yōu)先級(jí)計(jì)算的調(diào)度權(quán)值是一樣的)已經(jīng)準(zhǔn)備好，F(xiàn)IFO時(shí)必須等待該進(jìn)程主動(dòng)放棄后才可以運(yùn)行這個(gè)優(yōu)先級(jí)相同的任務(wù)。而RR可以讓每個(gè)任務(wù)都執(zhí)行一段時(shí)間。

相同點(diǎn)：

RR和FIFO都只用于實(shí)時(shí)任務(wù)。

創(chuàng)建時(shí)優(yōu)先級(jí)大于0(1-99)。

按照可搶占優(yōu)先級(jí)調(diào)度算法進(jìn)行。

就緒態(tài)的實(shí)時(shí)任務(wù)立即搶占非實(shí)時(shí)任務(wù)。

所有任務(wù)都采用linux分時(shí)調(diào)度策略時(shí)：

1，創(chuàng)建任務(wù)指定采用分時(shí)調(diào)度策略，并指定優(yōu)先級(jí)nice值(-20~19)。

2，將根據(jù)每個(gè)任務(wù)的nice值確定在cpu上的執(zhí)行時(shí)間(counter)。

3，如果沒(méi)有等待資源，則將該任務(wù)加入到就緒隊(duì)列中。

4，調(diào)度程序遍歷就緒隊(duì)列中的任務(wù)，通過(guò)對(duì)每個(gè)任務(wù)動(dòng)態(tài)優(yōu)先級(jí)的計(jì)算權(quán)值(counter+20-nice)結(jié)果，選擇計(jì)算結(jié)果最大的一個(gè)去運(yùn)行，當(dāng)這個(gè)時(shí)間片用完后(counter減至0)或者主動(dòng)放棄cpu時(shí)，該任務(wù)將被放在就緒隊(duì)列末尾(時(shí)間片用完)或等待隊(duì)列(因等待資源而放棄cpu)中。

5，此時(shí)調(diào)度程序重復(fù)上面計(jì)算過(guò)程，轉(zhuǎn)到第4步。

6，當(dāng)調(diào)度程序發(fā)現(xiàn)所有就緒任務(wù)計(jì)算所得的權(quán)值都為不大于0時(shí)，重復(fù)第2步。

所有任務(wù)都采用FIFO時(shí)：

1，創(chuàng)建進(jìn)程時(shí)指定采用FIFO，并設(shè)置實(shí)時(shí)優(yōu)先級(jí)rt_priority(1-99)。

2，如果沒(méi)有等待資源，則將該任務(wù)加入到就緒隊(duì)列中。

3，調(diào)度程序遍歷就緒隊(duì)列，根據(jù)實(shí)時(shí)優(yōu)先級(jí)計(jì)算調(diào)度權(quán)值(1000+rt_priority),選擇權(quán)值最高的任務(wù)使用cpu，該FIFO任務(wù)將一直占有cpu直到有優(yōu)先級(jí)更高的任務(wù)就緒(即使優(yōu)先級(jí)相同也不行)或者主動(dòng)放棄(等待資源)。

4，調(diào)度程序發(fā)現(xiàn)有優(yōu)先級(jí)更高的任務(wù)到達(dá)(高優(yōu)先級(jí)任務(wù)可能被中斷或定時(shí)器任務(wù)喚醒，再或被當(dāng)前運(yùn)行的任務(wù)喚醒，等等)，則調(diào)度程序立即在當(dāng)前任務(wù)堆棧中保存當(dāng)前cpu寄存器的所有數(shù)據(jù)，重新從高優(yōu)先級(jí)任務(wù)的堆棧中加載寄存器數(shù)據(jù)到cpu，此時(shí)高優(yōu)先級(jí)的任務(wù)開(kāi)始運(yùn)行。重復(fù)第3步。

5，如果當(dāng)前任務(wù)因等待資源而主動(dòng)放棄cpu使用權(quán)，則該任務(wù)將從就緒隊(duì)列中刪除，加入等待隊(duì)列，此時(shí)重復(fù)第3步。

所有任務(wù)都采用RR調(diào)度策略時(shí)：

1，創(chuàng)建任務(wù)時(shí)指定調(diào)度參數(shù)為RR，并設(shè)置任務(wù)的實(shí)時(shí)優(yōu)先級(jí)和nice值(nice值將會(huì)轉(zhuǎn)換為該任務(wù)的時(shí)間片的長(zhǎng)度)。

2，如果沒(méi)有等待資源，則將該任務(wù)加入到就緒隊(duì)列中。

3，調(diào)度程序遍歷就緒隊(duì)列，根據(jù)實(shí)時(shí)優(yōu)先級(jí)計(jì)算調(diào)度權(quán)值(1000+rt_priority),選擇權(quán)值最高的任務(wù)使用cpu。

4，如果就緒隊(duì)列中的RR任務(wù)時(shí)間片為0，則會(huì)根據(jù)nice值設(shè)置該任務(wù)的時(shí)間片，同時(shí)將該任務(wù)放入就緒隊(duì)列的末尾。重復(fù)步驟3。

5，當(dāng)前任務(wù)由于等待資源而主動(dòng)退出cpu，則其加入等待隊(duì)列中。重復(fù)步驟3。

系統(tǒng)中既有分時(shí)調(diào)度，又有時(shí)間片輪轉(zhuǎn)調(diào)度和先進(jìn)先出調(diào)度：

1，RR調(diào)度和FIFO調(diào)度的進(jìn)程屬于實(shí)時(shí)進(jìn)程，以分時(shí)調(diào)度的進(jìn)程是非實(shí)時(shí)進(jìn)程。

2，當(dāng)實(shí)時(shí)進(jìn)程準(zhǔn)備就緒后，如果當(dāng)前cpu正在運(yùn)行非實(shí)時(shí)進(jìn)程，則實(shí)時(shí)進(jìn)程立即搶占非實(shí)時(shí)進(jìn)程。

3，RR進(jìn)程和FIFO進(jìn)程都采用實(shí)時(shí)優(yōu)先級(jí)做為調(diào)度的權(quán)值標(biāo)準(zhǔn)，RR是FIFO的一個(gè)延伸。FIFO時(shí)，如果兩個(gè)進(jìn)程的優(yōu)先級(jí)一樣，則這兩個(gè)優(yōu)先級(jí)一樣的進(jìn)程具體執(zhí)行哪一個(gè)是由其在隊(duì)列中的未知決定的，這樣導(dǎo)致一些不公正性(優(yōu)先級(jí)是一樣的，為什么要讓你一直運(yùn)行?),如果將兩個(gè)優(yōu)先級(jí)一樣的任務(wù)的調(diào)度策略都設(shè)為RR,則保證了這兩個(gè)任務(wù)可以循環(huán)執(zhí)行，保證了公平。

Ingo Molnar-實(shí)時(shí)補(bǔ)丁

為了能并入主流內(nèi)核，Ingo Molnar的實(shí)時(shí)補(bǔ)丁也采用了非常靈活的策略，它支持四種搶占模式：

1.No Forced Preemption (Server)，這種模式等同于沒(méi)有使能搶占選項(xiàng)的標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)核，主要適用于科學(xué)計(jì)算等服務(wù)器環(huán)境。

2.Voluntary Kernel Preemption (Desktop)，這種模式使能了自愿搶占，但仍然失效搶占內(nèi)核選項(xiàng)，它通過(guò)增加搶占點(diǎn)縮減了搶占延遲，因此適用于一些需要較好的響應(yīng)性的環(huán)境，如桌面環(huán)境，當(dāng)然這種好的響應(yīng)性是以犧牲一些吞吐率為代價(jià)的。

3.Preemptible Kernel (Low-Latency Desktop)，這種模式既包含了自愿搶占，又使能了可搶占內(nèi)核選項(xiàng)，因此有很好的響應(yīng)延遲，實(shí)際上在一定程度上已經(jīng)達(dá)到了軟實(shí)時(shí)性。它主要適用于桌面和一些嵌入式系統(tǒng)，但是吞吐率比模式2更低。

4.Complete Preemption (Real-Time)，這種模式使能了所有實(shí)時(shí)功能，因此完全能夠滿足軟實(shí)時(shí)需求，它適用于延遲要求為100微秒或稍低的實(shí)時(shí)系統(tǒng)。

實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)是以犧牲系統(tǒng)的吞吐率為代價(jià)的，因此實(shí)時(shí)性越好，系統(tǒng)吞吐率就越低。