Linux操作系统中的进程调度策略探讨

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"Linux系统进程调度策略探讨了Linux操作系统如何管理多个进程的执行,强调了其采用多种调度策略的综合应用,包括优先级、时间片轮转和实时进程的处理。文章介绍了进程调度的重要性,指出调度策略的选择直接影响系统性能,并讨论了公平性、效率、响应时间和周转时间等因素。Linux的进程调度由schedule()函数执行,调度时机通常在进程状态改变或特定标志被设置时触发。" 在Linux操作系统中,进程调度是确保系统资源公平高效分配的关键环节。Linux不是一个简单的采用单一调度策略的系统,而是结合了多种策略,以适应不同场景的需求。首先,Linux根据进程的优先级进行调度,每个进程都有一个相应的优先级,高优先级的进程更有可能获得CPU资源。这种优先级调度确保了关键任务和紧迫任务能够得到及时处理。 其次,Linux采用了时间片轮转的策略,尤其是在多用户环境中,确保所有进程都能获得一定的执行时间。每个进程在获得CPU后执行一个固定的时间片,时间片结束后,CPU会转交给下一个进程,这样可以提高系统的响应性和公平性。时间片的长度可以通过系统调用进行调整,以平衡响应时间和系统吞吐量。 此外,Linux还支持实时进程调度,这对于需要快速响应的实时应用至关重要。实时进程拥有最高的优先级,即使普通进程正在执行,当有实时进程准备就绪时,系统也会立即切换到实时进程,以满足其严格的执行期限。 进程调度的时机通常在以下几个事件发生时触发:1) 当当前进程结束、进入睡眠状态或者因为处理信号而需要让出CPU时,会主动调用schedule()函数。2) 被动调度则发生在系统检测到某个标志(如need_resched)被设置时,即使没有显式调用schedule(),系统也会自动进行进程切换。 Linux的进程调度器通过这些策略确保了多任务环境中的性能和公平性。调度器不仅需要考虑各个因素,如等待时间、执行时间、响应时间等,还需要在这些因素之间找到最佳平衡点,以满足各种类型用户和应用的需求。因此,深入理解Linux的进程调度机制对于优化系统性能和开发高效应用程序具有重要意义。
2011-05-30 上传
目录 1 进程的组织 5 1.1 进程相关数据结构 5 1.1.1 进程的基本信息 6 1.1.2 进程状态 10 1.1.3 TASK_RUNNING状态的进程链表 11 1.1.4 进程间关系 12 1.2 Linux的线程——轻量级进程 15 1.3 进程的创建——do_fork()函数详解 19 1.4 执行进程间切换 33 1.4.1 进程切换之前的工作 33 1.4.2 进程切换实务 —— switch_to宏 37 1.4.3 __switch_to函数 39 1.5 fork与vfock系统调用的区别 42 1.6 内核线程 46 1.7 挂起状态进程的组织 49 1.7.1 等待队列头 49 1.7.2 等待队列的操作 50 1.7.3 进程资源限制 55 1.8 系统调用execve() 56 1.8.1 拷贝用户态参数 57 1.8.2 重要的数据结构 61 1.8.3 search_binary_handler函数 66 1.8.4 目标文件的装载和投入运行 69 1.8.5 库函数 92 2 中断控制 94 2.1 中断的分类 94 2.2 中断的硬件环境 95 2.2.1 外部中断请求IRQ 95 2.2.2 中断描述符表 96 2.2.3 中断和异常的硬件处理 97 2.3 中断描述符表 99 2.3.1 中断门、陷阱门及系统门 99 2.3.2 IDT的初步初始化 100 2.4 异常处理 101 2.5 中断处理 106 2.5.1 中断向量 107 2.5.2 IRQ数据结构 108 2.5.3 do_IRQ()函数 113 2.5.4 中断服务例程 115 2.5.5 IRQ线的动态分配 116 2.6 下半部分 117 2.6.1 软中断 118 2.6.2 tasklet 121 2.6.3 工作队列 122 2.7定时器中断 124 2.7.1 时钟与定时器 124 2.7.2 定时器中断相关的数据结构 127 2.7.3 定时器中断的上半部分 129 3 进程调度 138 3.1 进程调度的概念 138 3.2 进程调度的数据结构和优先级 141 3.2.1 进程的优先级 141 3.2.2 数据结构 145 3.3 调度程序所使用的函数 151 3.3.1 scheduler_tick函数 151 3.3.2 try_to_wake_up函数 156 3.3.3 recalc_task_prio函数 160 3.4 schedule()函数 163 3.4.1 直接调用 163 3.4.2 延迟调用 164 3.4.3 进程切换之前所做的工作 168 3.4.4 完成进程切换时所执行的操作 171 3.4.5 进程切换后所执行的操作 173 3.5 多处理器运行队列的平衡 175 3.5.1 调度域 176 3.5.2 rebalance_tick()函数 178 3.5.3 load_balance()函数 180 3.5.4 move_tasks()函数 183 3.6 进程退出 187 3.6.1 进程终止 187 3.6.2 进程删除 189 4 进程的并发性体现 191 4.1 内核抢占 193 4.1.1 内核抢占概念 193 4.1.2 同步技术总揽 196 4.2 每CPU变量 197 4.3 原子操作 199 4.4 优化屏障和内存壁垒 203 4.4.1 优化屏障 204 4.4.2 内存壁垒 204 4.5 自旋锁 206 4.6 读写自旋锁 211 4.6.1 为读获取和释放一个锁 213 4.6.2 为写获取或释放一个锁 214 4.7 顺序锁 215 4.8 RCU机制 217 4.9 信号量 219 4.9.1 获取和释放信号量 221 4.9.2 读/写信号量 224 4.9.3 补充信号量 225 4.10 禁止本地中断 226 4.10.1 禁止本地中断 227 4.10.2 禁止下半部(可延迟函数) 229 4.11 一些避免竞争条件的实例 231 4.11.1 引用计数器 231 4.11.2 大内核锁 231 4.11.3 内存描述符读/写信号量 232 4.11.4 slab高速缓存链表的信号量 233 4.11.5 索引节点的信号量 233 4.12 内核同步与互斥的总结 233