面试题5-8

Posted 2023-05-08 John_Ran

CPU调度算法

Motivation：

​ 多道程序的初衷是最大化CPU利用率。

​ 多个进程同时存在于内存中叫做并发。当一个进程不使用CPU的时候，调度另一个进程占用CPU。

概念：cpu burst，cpu指令花的时间。I/O burst，I/O使用的时间。在CPU处于IDEL的时候，在ready的process中挑选一个执行，这个过程就是由CPU调度程序来执行的。

非抢占式调度（Non-preemptive scheduling）：一旦进程开始执行，就执行到终止或者等待状态。

抢占式调度（preemptive scheling）：进程在执行中会被优先级高的，或者时间片用完被终止的调度。

CPU调度的metric：CPU占用率，响应时间，等待时间，周转时间（提交到运行结束），吞吐率，公平性。

一、FCFS，First come，first-served

​ 以前的FCFS会让一个进程运行直到结束（其中包括I/O）。现在阻塞会让出CPU。

​ FCFS的优点是简单，但是缺点是如果长进程排在短进程后面。等待时间和周转时间都很长。

二、时间片轮转：round robin。

​ 使用的策略是：每个进程都可以得到CPU的相同时间，当时间用完了，那就要让出cpu，排到ready queue的尾部。这是一种抢占式的算法，每一个都能得到cpu 1/n的时间，q个时间片。每一个进程等待的时间不会超过（n-1）q。

​ RR分析：时间片选取对算法性能影响大，取的小性能就卡在context swtiching，太大响应速度下降。上下文花费的时间大概是0.1ms到1ms。一般time slice取10-200ms。

​ RR特点：公平公正，但是对长进程有额外的开销。

​ RR不一定比FCFS好，在长进程的情况下，RR的周转时间是相当糟糕的。

三、最短作业优先（SJF）。

​ 下一次调度时选择需要时间最短的进程（短进程FCFS）。这是一个非抢占式的算法，也可以变成一个抢占式的算法（SRJF）。这个算法的等待时间可以被证明是最优的。缺点：无法预测一个进程所需要的时间，而且长进程有饥饿现象。而且它是一个不公平算法。

四、优先级调度算法

​ 考虑优先级不同的时候，用nice值来体现。0是最高优先级。在就绪队列中找最高优先级的进程来running。优先级调度算法可以被设计为抢占式的，也可以被设计为非抢占式的。

​ 优先级：动态优先级+静态优先级。静态优先级容易产生饥饿现象。动态优先级（aging 算法）。主要就是根据在cpu待的时间长降低优先级，或者等待时间长增大优先级。

Linux线程调度

线程调度方式：

​ 如果是normal的线程调度。priority一般会被设置为0。SCHED_OTHER, SCHE_IDLE, SCHE_BATCH。

​ 如果是real-time 线程 priority value 在1-99之间。值越大优先级越高。SCHED_FIFO, SCHED_RR。

SCHED_OTHER: time-sharing policy（RR）。这里面用的优先级是NICE值，nice值[-20,19],PR=20+nice[0,39]。PR高，优先级就低。NICE值只对normal的有效。

SCHED_FIFO和SCHED_RR的PR是 -1 - priority_value。

介绍一下SCHED_OTHER的具体实现。首先是time-slice，然后结合了动态优先级，其中还有CFS算法。

real-time的SCHED_FIFO调度。直接用SCHED_FIFO（under same PR），还有一些是SCHED_RR（under the same PR）。

ps -eLf可以看到多线程tid的信息。LWP（Light-weight process）。chrt -p pid可以看进程的调度方式。

进程调度与线程调度的联系

https://zhuanlan.zhihu.com/p/554149581

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