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Linux內(nèi)核是一個(gè)經(jīng)典的操作系統(tǒng)，它無(wú)處不在，每天都在我們身邊，為我們的生活提供著可靠的保證。在這個(gè)操作系統(tǒng)中，關(guān)于進(jìn)程調(diào)度與定時(shí)器的實(shí)現(xiàn)是非常關(guān)鍵的一部分。本文將重點(diǎn)介紹。
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一、進(jìn)程調(diào)度
進(jìn)程調(diào)度是指為了保證系統(tǒng)的高效運(yùn)行，將CPU時(shí)間片分配給不同的進(jìn)程以供其運(yùn)行的過(guò)程。在許多操作系統(tǒng)中，進(jìn)程調(diào)度都是以時(shí)間片輪轉(zhuǎn)為基礎(chǔ)的，也就是在一段時(shí)間內(nèi)，每個(gè)進(jìn)程都能夠平均地獲得CPU時(shí)間片，而在Linux內(nèi)核中，采用的是基于優(yōu)先級(jí)的時(shí)間片輪轉(zhuǎn)算法。
在Linux內(nèi)核中，進(jìn)程的優(yōu)先級(jí)可以分為兩類：實(shí)時(shí)進(jìn)程和非實(shí)時(shí)進(jìn)程。實(shí)時(shí)進(jìn)程是指要求立即響應(yīng)的進(jìn)程，比如說(shuō)實(shí)時(shí)視頻等，而非實(shí)時(shí)進(jìn)程則是普通的進(jìn)程，比如查看文件等。因此，實(shí)時(shí)進(jìn)程的優(yōu)先級(jí)比非實(shí)時(shí)進(jìn)程的優(yōu)先級(jí)高。
在進(jìn)程調(diào)度中，Linux內(nèi)核采用了“完全公平調(diào)度器”(Completely Fr Scheduler)來(lái)保證公平性。這個(gè)調(diào)度器將每個(gè)進(jìn)程都看做是一個(gè)運(yùn)行周期的一部分，而每個(gè)進(jìn)程運(yùn)行所花費(fèi)的時(shí)間則取決于進(jìn)程的nice值，這個(gè)值越小，進(jìn)程的優(yōu)先級(jí)越高。同時(shí)，Linux內(nèi)核還設(shè)置了一個(gè)調(diào)度策略，用于在不同的負(fù)載條件下優(yōu)化進(jìn)程調(diào)度。
二、定時(shí)器實(shí)現(xiàn)
在Linux內(nèi)核中，定時(shí)器是一個(gè)非常重要的概念。定時(shí)器可以用于延遲執(zhí)行某些代碼或者周期性地執(zhí)行某些代碼。在Linux內(nèi)核中，定時(shí)器的實(shí)現(xiàn)方式可以分為兩種：硬件定時(shí)器和軟件定時(shí)器。
硬件定時(shí)器的核心是計(jì)時(shí)器，它可以通過(guò)特殊的硬件插件來(lái)實(shí)現(xiàn)，例如芯片、聲卡等。硬件定時(shí)器在系統(tǒng)中的延遲非常小，可以借助CPU的時(shí)鐘來(lái)完成，定時(shí)器的精度非常高。但是，硬件定時(shí)器的實(shí)現(xiàn)需要硬件支持，所以它的可移植性非常差。
軟件定時(shí)器則是指由操作系統(tǒng)內(nèi)核提供的定時(shí)功能。軟件定時(shí)器不需要特殊的硬件支持，因此其可移植性非常好。Linux內(nèi)核中，軟件定時(shí)器是由內(nèi)核代碼實(shí)現(xiàn)的，可以在任何平臺(tái)上使用。
在Linux內(nèi)核中，定時(shí)器的實(shí)現(xiàn)原理是使用了內(nèi)核中的工作隊(duì)列方法。這個(gè)方法可以在指定的時(shí)間間隔內(nèi)執(zhí)行指定的工作任務(wù)，這個(gè)任務(wù)可以是等待、喚醒、延遲等操作。工作隊(duì)列還可以根據(jù)不同的策略實(shí)現(xiàn)優(yōu)化，例如睡眠等待策略、分隔策略等。
三、
進(jìn)程調(diào)度和定時(shí)器是操作系統(tǒng)中非常重要的部分。在Linux內(nèi)核中，進(jìn)程調(diào)度通過(guò)時(shí)間片輪轉(zhuǎn)算法和完全公平調(diào)度器來(lái)實(shí)現(xiàn)，同時(shí)根據(jù)負(fù)載條件自動(dòng)調(diào)節(jié)調(diào)度策略。定時(shí)器的實(shí)現(xiàn)則是通過(guò)工作隊(duì)列的方式來(lái)完成，并且可以利用不同的策略實(shí)現(xiàn)優(yōu)化，保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性和高效性。了解進(jìn)程調(diào)度和定時(shí)器的實(shí)現(xiàn)原理對(duì)于理解操作系統(tǒng)的基本原理非常有幫助。
相關(guān)問(wèn)題拓展閱讀：
- linux進(jìn)程、線程及調(diào)度算法（三）
linux進(jìn)程、線程及調(diào)度算法（三）
調(diào)度策略值得是大家都在ready時(shí)，并且CPU已經(jīng)被調(diào)度時(shí)，決定誰(shuí)來(lái)運(yùn)行，誰(shuí)來(lái)被調(diào)度。
兩者之間有一定矛盾。
響應(yīng)的優(yōu)化，意味著高優(yōu)先級(jí)會(huì)搶占優(yōu)先級(jí)，會(huì)花時(shí)間在上下文切換，會(huì)影響吞吐。
上下文切換的時(shí)間是很短的，幾微妙就能搞定。上下文切換本身對(duì)吞吐并多大影響，
重要的是，切換后引起的cpu 的 cache miss.
每次切換APP, 數(shù)據(jù)都要重新load一次。
Linux 會(huì)盡可能的在響應(yīng)與吞吐之間尋找平衡。比如在編譯linux的時(shí)候，會(huì)讓你選擇 kernal features -> Preemption model.
搶占模型會(huì)影響linux的調(diào)度算法。
所以 ARM 的架構(gòu)都是big+LITTLE， 一個(gè)很猛CPU+ 多個(gè) 性能較差的 CPU, 那么可以把I/O型任務(wù)的調(diào)度指源 放在 LITTLE CPU上。需要計(jì)算的放在big上。
早期2.6 內(nèi)核將優(yōu)先級(jí)劃分了bit的優(yōu)先級(jí)。數(shù)值越低，優(yōu)先級(jí)越高。0-99優(yōu)先級(jí) 都是 RT（即時(shí)響應(yīng)）的 ，都是非RT的，即normal。
調(diào)度的時(shí)候 看哪個(gè)bitmap 中的 優(yōu)先級(jí)上有任務(wù)ready。可能多個(gè)任務(wù)哦。
在普通優(yōu)先級(jí)線程調(diào)度中，高優(yōu)先級(jí)并不代表對(duì)低優(yōu)先級(jí)的絕對(duì)優(yōu)勢(shì)。會(huì)在不同優(yōu)先級(jí)進(jìn)行輪轉(zhuǎn)。
就是比101高，101也會(huì)比102高，但100 不會(huì)堵著101。
眾絲進(jìn)程在輪轉(zhuǎn)時(shí)，優(yōu)先級(jí)高的：
初始唯并態(tài)設(shè)置nice值為0，linux 會(huì)探測(cè) 你是喜歡睡眠，還是干活。越喜歡睡，linux 越獎(jiǎng)勵(lì)你，優(yōu)先級(jí)上升（nice值減少）。越喜歡干活，優(yōu)先級(jí)下降（nice值增加）。所以一個(gè)進(jìn)程在linux中，干著干著 優(yōu)先級(jí)越低，睡著睡著 優(yōu)先級(jí)越高。
后期linux補(bǔ)丁中
紅黑樹(shù)，數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)， 左邊節(jié)點(diǎn)小于右邊節(jié)點(diǎn)
同時(shí)兼顧了 CPU/IO 和 nice。
數(shù)值代表著 進(jìn)程運(yùn)行到目前為止的virtual runtime 時(shí)間。
（pyhsical runtime） / weight * 1024(系數(shù))。
優(yōu)先調(diào)度 節(jié)點(diǎn)值（vruntime）最小的線程。權(quán)重weight 其實(shí)有nice 來(lái)控制。
一個(gè)線程一旦被調(diào)度到，則物理運(yùn)行時(shí)間增加，vruntime增加，往左邊走。
weight的增加，也導(dǎo)致vruntime減小，往右邊走。
總之 CFS讓線程 從左滾到右，從右滾到左。即照顧了I/O(喜歡睡，分子小) 也 照顧了 nice值低（分母高）.所以 由喜歡睡，nice值又低的線程，最容易被調(diào)度到。
自動(dòng)調(diào)整，無(wú)需向nice一樣做出獎(jiǎng)勵(lì)懲罰動(dòng)作，個(gè)人理解權(quán)重其實(shí)相當(dāng)于nice
但是 此時(shí) 來(lái)蔽拍一個(gè) 0-99的線程，進(jìn)行RT調(diào)度，都可以瞬間秒殺你！因?yàn)槿思也皇瞧胀ǖ?，是RT的!
一個(gè)多線程的進(jìn)程中，每個(gè)線程的調(diào)度的策略 如 fifo rr normal, 都可以不同。每一個(gè)的優(yōu)先級(jí)都可以不一樣。
實(shí)驗(yàn)舉例, 創(chuàng)建2個(gè)線程，同時(shí)開(kāi)2個(gè)：
運(yùn)行2次，創(chuàng)建兩個(gè)進(jìn)程
sudo renice -n -5(nice -5級(jí)別) -g(global)， 會(huì)明顯看到 一個(gè)進(jìn)程的CPU占用率是另一個(gè)的 3倍。
為什么cpu都已經(jīng)達(dá)到200%，為什么系統(tǒng)不覺(jué)得卡呢？因?yàn)?，我們的線程在未設(shè)置優(yōu)先級(jí)時(shí)，是normal調(diào)度模式，且是
CPU消耗型
調(diào)度級(jí)別其實(shí)不高。
利用chrt工具，可以將進(jìn)程 調(diào)整為 50 從normal的調(diào)度策略 升為RT （fifo）級(jí)別的調(diào)度策略，會(huì)出現(xiàn)：
chrt , nice renice 的調(diào)度策略 都是以線程為單位的，以上 設(shè)置的將進(jìn)程下的所有線程進(jìn)行設(shè)置nice值
線程是調(diào)度單位，進(jìn)程不是，進(jìn)程是資源封裝單位！
兩個(gè)同樣死循環(huán)的normal優(yōu)先級(jí)線程，其中一個(gè)nice值降低，該線程的CPU 利用率就會(huì)比另一個(gè)CPU的利用率高。
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