linux进程调度策略详解

Linux进程的进程级别分类

1. 普通进程
2. 实时进程

实时进程的优先级都高于普通进程，除此之外，它们的调度策略也有所不同。

实时进程

1. 硬实时

实时，原本的涵义是“给定的操作一定要在确定的时间内完成”。重点并不在于操作一定要处理得多快，而是时间要可控（在最坏情况下也不能突破给定的时间）。
这样的“实时”称为“硬实时”，多用于很精密的系统之中（比如什么火箭、导弹之类的）。一般来说，硬实时的系统是相对比较专用的。

2. 软实时

linux实现的是“软实时”，即尽可能地满足进程的实时需求。

实施进程的调度

优先级策略

如果一个进程有实时需求（它是一个实时进程），则只要它是可执行状态的，内核就一直让它执行，以尽可能地满足它对CPU的需要，直到它完成所需要做的事情，然后睡眠或退出（变为非可执行状态）。
而如果有多个实时进程都处于可执行状态，则内核会先满足优先级最高的实时进程对CPU的需要，直到它变为非可执行状态。
于是，只要高优先级的实时进程一直处于可执行状态，低优先级的实时进程就一直不能得到CPU；只要一直有实时进程处于可执行状态，普通进程就一直不能得到CPU。

如果多个相同优先级的实时进程都处于可执行状态呢？这时就有两种调度策略可供选择

先进先出策略

SCHED_FIFO：先进先出。直到先被执行的进程变为非可执行状态，后来的进程才被调度执行。在这种策略下，先来的进程可以执行sched_yield系统调用，自愿放弃CPU，以让权给后来的进程；

轮转策略

SCHED_RR：轮转。内核为实时进程分配时间片，在时间片用完时，让下一个进程使用CPU；

再次强调一下，这两种调度策略仅仅针对于相同优先级的多个实时进程同时处于可执行状态的情况

在linux下，用户程序可以通过sched_setscheduler系统调用来设置进程的调度策略以及相关调度参数；sched_setparam系统调用则只用于设置调度参数。这两个系统调用要求用户进程具有设置进程优先级的能力（CAP_SYS_NICE，一般来说需要root权限）
通过将进程的策略设为SCHED_FIFO或SCHED_RR，使得进程变为实时进程。而进程的优先级则是通过以上两个系统调用在设置调度参数时指定的。

对于实时进程，内核不会试图调整其优先级。因为进程实时与否？有多实时？这些问题都是跟用户程序的应用场景相关，只有用户能够回答，内核不能臆断。
综上所述，实时进程的调度是非常简单的。进程的优先级和调度策略都由用户定死了，内核只需要总是选择优先级最高的实时进程来调度执行即可。唯一稍微麻烦一点的只是在选择具有相同优先级的实时进程时，要考虑两种调度策略。

普通进程的调度

实时进程调度的中心思想是，让处于可执行状态的最高优先级的实时进程尽可能地占有CPU，因为它有实时需求；而普通进程则被认为是没有实时需求的进程，于是调度程序力图让各个处于可执行状态的普通进程和平共处地分享CPU，从而让用户觉得这些进程是同时运行的。与实时进程相比，普通进程的调度要复杂得多。内核需要考虑两件麻烦事：

##动态调整进程的优先级

按进程的行为特征，可以将进程分为“交互式进程”和“批处理进程”：

• 交互式进程

如桌面程序、服务器、等，主要的任务是与外界交互。这样的进程应该具有较高的优先级，它们总是睡眠等待外界的输入。而在输入到来，内核将其唤醒时，它们又应该很快被调度执行，以做出响应。比如一个桌面程序，如果鼠标点击后半秒种还没反应，用户就会感觉系统“卡”了；

• 批处理进程

如编译程序，主要的任务是做持续的运算，因而它们会持续处于可执行状态。这样的进程一般不需要高优先级，比如编译程序多运行了几秒种，用户多半不会太在意；

如果用户能够明确知道进程应该有怎样的优先级，可以通过nice、setpriority系统调用来对优先级进行设置。（如果要提高进程的优先级，要求用户进程具有CAP_SYS_NICE能力。）

然而应用程序未必就像桌面程序、编译程序这样典型。程序的行为可能五花八门，可能一会儿像交互式进程，一会儿又像批处理进程。以致于用户难以给它设置一个合适的优先级。
再者，即使用户明确知道一个进程是交互式还是批处理，也多半碍于权限或因为偷懒而不去设置进程的优先级。（你又是否为某个程序设置过优先级呢？）

于是，最终，区分交互式进程和批处理进程的重任就落到了内核的调度程序上。

调度程序关注进程近一段时间内的表现（主要是检查其睡眠时间和运行时间），根据一些经验性的公式，判断它现在是交互式的还是批处理的？程度如何？最后决定给它的优先级做一定的调整。

进程的优先级被动态调整后，就出现了两个优先级：

• 用户程序设置的优先级（如果未设置，则使用默认值），称为静态优先级。这是进程优先级的基准，在进程执行的过程中往往是不改变的；
• 优先级动态调整后，实际生效的优先级。这个值是可能时时刻刻都在变化的；

##调度的公平性

在支持多进程的系统中，理想情况下，各个进程应该是根据其优先级公平地占有CPU。而不会出现“谁运气好谁占得多”这样的不可控的情况。

linux实现公平调度基本上是两种思路：

• 给处于可执行状态的进程分配时间片（按照优先级），用完时间片的进程被放到“过期队列”中。等可执行状态的进程都过期了，再重新分配时间片；

• 动态调整进程的优先级。随着进程在CPU上运行，其优先级被不断调低，以便其他优先级较低的进程得到运行机会；
  后一种方式有更小的调度粒度，并且将“公平性”与“动态调整优先级”两件事情合而为一，大大简化了内核调度程序的代码。因此，这种方式也成为内核调度程序的新宠。

强调一下，以上两点都是仅针对普通进程的。而对于实时进程，内核既不能自作多情地去动态调整优先级，也没有什么公平性可言

无论是在批处理系统还是分时系统中，用户进程数一般都多于处理机数、这将导致它们互相争夺处理机。另外，系统进程也同样需要使用处理机。

这就要求进程调度程序按一定的策略，动态地把处理机分配给处于就绪队列中的某一个进程，以使之执行。

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