进程的调度概述

Posted 2022-05-25 zhouqi0505

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篇首语：本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理，主要介绍了进程的调度概述相关的知识，希望对你有一定的参考价值。

进程调度概述

多任务处理机制是需要进行进程调度的本质原因。

cpu的资源是有限的，因此需要使用调度器来为线程分配cpu资源。调度器的主要目的是解决

cpu争用的问题，使得每个进程可以按照一定的规则进行运行。

那么如何来分配CPU的运行时间呢？比较传统和朴素的想法就是给每个进程分配优先级，

根据优先级来分配时间片。优先级高的时间片分配的比较多，优先级低的分配的时间片比较少。

由于现在计算机都是多任务并发处理的，所以CPU需要将时间划分为周期，一个周期也就是一段时间。

将这一段时间按照优先级分配给进程。等到所有的进程执行完所有的时间之后，开启下一个周期。

这也是比较经典的进程调度方法。linux2.4使用的是经典的调度策略，

到linux2.6则使用O(1)调度策略的主要思想都是一致的。

总结上面经典方法涉及到以下关键点：

1 给进程分配优先级别。

2 时间片如何分配

3 将分配好的进程组织起来进行存放。

4 在组织好的进程内部选择最优的进程。

进程优先级

优先级与进程类别有关，进程分为以下几类：

1 硬实时进程，此类进行对时间的要求比较高，必须在规定的时间内进行相应

2 软实时进程，对时间要求也很到，但及时不响应，也不会世界末日。

3 普通进程（IO密集形和计算密集形式）

其中硬实时进程和软实时进程的优先级比较高（0-99）

普通进程的优先级（100-140）

实时进程的优先级要高于普通进程的优先级。

nice值：提供给用户态可以动态修改的值，nice值越大，优先级越低。

nice值越小，优先级越高。

（-20-19）nice值和进程优先级具有一定的对应关系。代码定义如下所示：

#define MAX_USER_RT_PRIO    100
#define MAX_RT_PRIO        MAX_USER_RT_PRIO
#define MAX_PRIO        (MAX_RT_PRIO + 40)
#define USER_PRIO(p)        ((p)-MAX_RT_PRIO)
#define MAX_USER_PRIO        (USER_PRIO(MAX_PRIO))
#define NICE_TO_PRIO(nice)    (MAX_RT_PRIO + (nice) + 20)

时间片的分配

时间片是关键的资源，分配多少时间片意味着一个进程可以在一个周期内执行多长时间。

#define HZ   1000    
#define DEF_TIMESLICE  (100 * HZ / 1000)
#define SCALE_PRIO(x, prio) \\
    max(x * (MAX_PRIO - prio) / (MAX_USER_PRIO/2), MIN_TIMESLICE)
 
static unsigned int task_timeslice(task_t *p)

    if (p->static_prio < NICE_TO_PRIO(0))
        return SCALE_PRIO(DEF_TIMESLICE*4, p->static_prio);
    else
        return SCALE_PRIO(DEF_TIMESLICE, p->static_prio);

上面就是时间计算函数，主要跟nice值有关，因此可以判断，时间片的分配和nice值有很大的关系。nice值越大可以分配的

时间片也就越多。

普通进程有一类交互式进程，交互式进程要求计算机快速反应。这样用户的体验比较好。

对于交互式进程，需要优先执行。方法就是对nice值进行动态调整，调整的依据就是判断进程是不是

sleep的时间比较长，如果时间长，时间片也就用的少，时间片用的少则会提高nice值，来提高优先级。

完全公平调度

经典调度方式以及O(1)调度方式存在一些既有的缺点，导致它的运行并不是很理想。

为了弥补经典调度方式的缺点，完全公平调度算法出现。

完全公平调度算法的核心是：保证所有进程的（运行时间/权重）的值尽可能一致。

完全公平调度算法的核心就是：

vruntime = 实际运行时间 * 1024 / 进程权重 (公式1)

实际运行时间=调度周期 * 进程权重 / 所有进程总权重（公式2）

将公式2代入到公式1 得到如下结果：

vruntime = 调度周期 * 进程权重 / 所有进程总权重) * 1024 / 进程权重 = 调度周期 * 1024 / 所有进程总权重

vruntime与进程权重无关。1024和所有进程总权重都是常数，唯一的变量是调度周期。

vruntime越小说明进程运行的时间越短，需要给这样的进程更多的运行时间。

在完全公平调度算法中，所有的进程内部都有一个变量sched_entity。所有的sched_entity都是通过红黑树进行组织的，这样可以快速地找到要运行的进程。