Linux 进程调度分析

系统中存在很多进程，它们由进程调度组件调度交替运行，多个进程共享CPU时间，每个进程使用CPU时间的一部分（时间片），由于时间很快，造成了并行执行的错觉。

• 两种调度器 -管理调度流程

1. 直接调度器： 用于进程睡眠或主动让出CPU资源
2. 周期调度器：使用定时器，以指定频率运行，周期性的检测是否需要进行进程调度

• 调度类- 负责进程调度底层算法支持

1. 完全公平调度类(CFS)：Linux 中主要使用的调度类
2. 实时调度类: 用于支持POSIX标准的实时进程

 

• 调度器和调度类之间的关系

     调度器周期性调用当前进程调度器类，选择将要运行的进程，并更新统计信息及切换调度。

 

• 进程优先级

优先级用于进程调度算法，它影响一个进程是否有更多的机会被调度，进程优先级通过nice系统调用设定，其值范围为 -20到+19间，值越低表示优先级越高。

内核提供优先级辅助宏，可以在nice和prio之前转换

#define MAX_NICE	19
#define MIN_NICE	-20
#define NICE_WIDTH	(MAX_NICE - MIN_NICE + 1)

/*
 * Priority of a process goes from 0..MAX_PRIO-1, valid RT
 * priority is 0..MAX_RT_PRIO-1, and SCHED_NORMAL/SCHED_BATCH
 * tasks are in the range MAX_RT_PRIO..MAX_PRIO-1. Priority
 * values are inverted: lower p->prio value means higher priority.
 */

#define MAX_RT_PRIO		100

#define MAX_PRIO		(MAX_RT_PRIO + NICE_WIDTH)
#define DEFAULT_PRIO		(MAX_RT_PRIO + NICE_WIDTH / 2)

/*
 * Convert user-nice values [ -20 ... 0 ... 19 ]
 * to static priority [ MAX_RT_PRIO..MAX_PRIO-1 ],
 * and back.
 */
#define NICE_TO_PRIO(nice)	((nice) + DEFAULT_PRIO)
#define PRIO_TO_NICE(prio)	((prio) - DEFAULT_PRIO)

 

计算进程优先级，进程有3个优先级，静态优先级(static_prio)、普通优先级(normal_prio)、动态优先级(prio)，静态优先级是进程优先级计算的基础，系统中有 普通进程、实时进程、空闲进程，它们之间的优先级为 实时进程》普通进程》空闲进程

int				prio;
	int				static_prio;
	int				normal_prio;

内核计算优先级函数

static int effective_prio(struct task_struct *p)
{
	//计算进程普通优先级
	/*
	实时进程： MAX_RT_PRIO-rt_priorit
	普通进程： 默认返回static_prio
	空闲进程： MAX_DL_PRIO-1
	*/
	p->normal_prio = normal_prio(p);
	/*
	 如果进程优先级在实时进程优先级范围内，则保持优先级不变
	 */
	if (!rt_prio(p->prio))
		return p->normal_prio;
	return p->prio;
}

 

• 负荷权重

       优先级只是影响进程重要性的一个方面，进程的负荷权重也是影响进程重要性的一个指标，它根据进程的静态优先级计算。

      进程通过调整nice值来增加或减少获取的CPU时间，内核通过一个转换表将优先级转换为权重

const int sched_prio_to_weight[40] = {
 /* -20 */     88761,     71755,     56483,     46273,     36291,
 /* -15 */     29154,     23254,     18705,     14949,     11916,
 /* -10 */      9548,      7620,      6100,      4904,      3906,
 /*  -5 */      3121,      2501,      1991,      1586,      1277,
 /*   0 */      1024,       820,       655,       526,       423,
 /*   5 */       335,       272,       215,       172,       137,
 /*  10 */       110,        87,        70,        56,        45,
 /*  15 */        36,        29,        23,        18,        15,
};

可以看到每个数组元素之间的乘数因子为1.25，如nice=0的进程 A和B，得到的CPU时间为各50% ，1024/（1024+1024）=0.5，假如我们调整进程A的nice=1 ，此时进程权重为820，那么A进程获得的CPU时间为 820/(1024+820)=0.45(约等于)，那么A进程CPU时间为45%，B进程为6=55% 1024/(1024+820)。

后续涉及就绪队列、抢占、SMP等 未完待续。。。