进程调度与优先级：Linux中的prio_array解析

本文主要介绍了Linux内核中的优先级表prio_array结构及其在进程调度和进程间通信中的应用。进程调度是操作系统的核心功能之一，它决定了多进程系统中CPU的使用权分配。调度的主要目标包括公平性、效率、响应时间、周转时间和吞吐量。调度算法包括时间片轮转法、优先级调度、多重队列、最短作业优先、保证调度算法、彩票调度算法和实时调度等。Linux将进程分为交互进程、批作业进程和实时进程三类，并且描述了进程状态的转换以及内核对进程运行时间的控制机制。 在Linux内核的`prio_array`结构中，`nr_active`表示当前活跃的进程数量，而`bitmap`是一个位图，用于记录各个优先级是否有进程正在等待。`BITMAP_SIZE`的计算确保位图足够大，能覆盖所有可能的优先级（`MAX_PRIO`），其值为((`MAX_PRIO` + 1 + 7) / 8) + `sizeof(long)` - 1 除以`sizeof(long)`取整，确保位图的大小是`long`类型的整数倍。`queue[MAX_PRIO]`是一个列表头数组，每个元素对应一个优先级的就绪进程队列。 进程调度的基本概念中，调度程序负责根据调度算法选择下一个运行的进程。公平、有效、响应时间、周转时间和吞吐量是衡量调度算法性能的关键指标。调度算法如时间片轮转法通过分配时间片给每个进程，优先级调度则根据进程的重要程度分配CPU资源。多重队列调度通过设置多个优先级队列，减少频繁的进程切换。实时调度则需要满足严格的时限要求。 Linux内核中的进程状态可以转换为阻塞态、就绪态和运行态。当进程运行时间达到其时间片限制时，会从运行态变为就绪态，此时`time_slice`减至0，进程被从活动队列中移出，设置需要重新调度标志，并更新其优先级。 关于内核对进程运行时间的控制，Linux内核2.4版本以前，内核空间的进程是不可剥夺的，这意味着内核执行时不会进行调度，而实时操作系统或某些现代内核（如Solaris和Mach）允许在内核模式下进行抢占，以提高响应速度。 优先级表`prio_array`在Linux内核中是实现进程调度的关键数据结构，结合多种调度算法和内核对进程运行时间的管理，保证了系统的高效运行和资源的合理分配。