Linux 進程調(diào)度

Linux的調(diào)度策略區(qū)分實時進程和普通進程，實時進程的調(diào)度策略是SCHED_FIFO和SCHED_RR，普通的，非實時進程的調(diào)度策略是SCHED_NORMAL（SCHED_OTHER）。

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實時調(diào)度策略被實時調(diào)度器管理，普通調(diào)度策略被完全公平調(diào)度器來管理。實時進程的優(yōu)先級要高于普通進程（nice越小優(yōu)先級越高）。

SCHED_FIFO實現(xiàn)了一種簡單的先入先出的調(diào)度算法，它不使用時間片，但支持搶占，只有優(yōu)先級更高的SCHED_FIFO或者SCHED_RR進程才能搶占它，否則它會一直執(zhí)行下去，低優(yōu)先級的進程不能搶占它，直到它受阻塞或自己主動釋放處理器。

SCHED_RR是帶有時間片的一種實時輪流調(diào)度算法，當SCHED_RR進程耗盡它的時間片時，同一優(yōu)先級的其它實時進程被輪流調(diào)度，時間片只用來重新調(diào)用同一優(yōu)先級的進程，低優(yōu)先級的進程決不能搶占SCHED_RR任務，即使它的時間片耗盡。SCHED_RR是帶時間片的SCHED_FIFO。

Linux的實時調(diào)度算法提供了一種軟實時工作方式，軟實時的含義是盡力調(diào)度進程，盡力使進程在它的限定時間到來前運行，但內(nèi)核不保證總能滿足這些進程的要求，相反，硬實時系統(tǒng)保證在一定的條件下，可以滿足任何調(diào)度的要求。

SCHED_NORMAL使用完全公平調(diào)度算法（CFS），之前的算法直接將nice值對應時間片的長度，而在CFS中，nice值只作為進程獲取處理器運行比的權(quán)重，每個進程都有一個權(quán)重，nice優(yōu)先級越高，權(quán)重越大，表示應該運行更長的時間。Linux的實現(xiàn)中，每個進程都有一個vruntime字段，vruntime是經(jīng)過量化的進程運行時間，也就是實際運行時間除以權(quán)重，所以每個量化后的vruntime應該相等，這就體現(xiàn)了公平性。

CFS當然也支持搶占，但與實時調(diào)度算法不同，實時調(diào)度算法是根據(jù)優(yōu)先級進行搶占，CFS是根據(jù)vruntime進行搶占，vruntime小就擁有優(yōu)先被運行的權(quán)利。

為了計算時間片，CFS算法需要為完美多任務中的無限小調(diào)度周期設定近似值，這個近似值也稱作目標延遲，指每個可運行進程在目標延遲內(nèi)都會調(diào)度一次，如果進程數(shù)量太多，則時間粒度太小，所以約定時間片的默認最小粒度是1ms。

進程可以分為I/O消耗型和處理器消耗型，這兩種進程的調(diào)度策略應該不同，I/O消耗型應該更加實時，給對端的感覺是響應很快，同時它一般又不會消耗太多的處理器，因而I/O消耗型需要調(diào)度頻繁。相對來說，處理器消耗型不需要特別實時，應該盡量降低它的調(diào)度頻度，延長其運行時間。

參考： linux內(nèi)核分析——CFS（完全公平調(diào)度算法） - 一路向北你好 - 博客園

Linux中如何啟動進程？進程調(diào)度命令有哪些？

Linux技術(shù)的發(fā)展引起了很多企業(yè)和個人的關(guān)注。市場對Linux運維的需求逐漸增加，學習Linux技術(shù)的人越來越多。在Linux運維中，進程是必須學習掌握的技能。那么Linux中如何啟動進程？常用的進程調(diào)度命令有哪些？

執(zhí)行中的程序稱作進程。當程序的可執(zhí)行文件存儲在存儲器中并運行時，每個進程將被動態(tài)分配系統(tǒng)資源、內(nèi)存、安全屬性和相關(guān)狀態(tài)。多個進程可以與同一個程序相關(guān)聯(lián)，并在同一時間執(zhí)行，而不會相互干擾。操作系統(tǒng)將有效地管理和跟蹤所有正在運行的進程。

Linux中如何啟動進程？啟動進程的方法是什么？

手工啟動。用戶在輸入端發(fā)出命令，直接啟動進程。分為前臺啟動和后臺啟動。前臺啟動：直接在SHELL中輸入命令進行啟動。后臺啟動：啟動一個目前并不緊急的進程。

調(diào)度啟動。系統(tǒng)管理員根據(jù)系統(tǒng)資源和進程占用資源的情況，事先進行調(diào)度安排，指定任務運行的時間和場合，到時候系統(tǒng)會自動完成該任務。

常用的進程調(diào)度命令有哪些？

常用的進程調(diào)度命令有：at、batch、crontab。

以上便是關(guān)于“如何啟動或終止進程？常用的進程調(diào)度命令有哪些？”的相關(guān)介紹。想要成為一名優(yōu)秀的Linux運維工程師，需要掌握更多的Linux知識。

Linux進程的調(diào)度

上回書說到 Linux進程的由來 和 Linux進程的創(chuàng)建 ，其實在同一時刻只能支持有限個進程或線程同時運行(這取決于CPU核數(shù)量，基本上一個進程對應一個CPU)，在一個運行的操作系統(tǒng)上可能運行著很多進程，如果運行的進程占據(jù)CPU的時間很長，就有可能導致其他進程餓死。為了解決這種問題，操作系統(tǒng)引入了 進程調(diào)度器 來進行進程的切換，輪流讓各個進程使用CPU資源。

1）rq： 進程的運行隊列( runqueue)， 每個CPU對應一個 ，包含自旋鎖(spinlock)、進程數(shù)量、用于公平調(diào)度的CFS信息結(jié)構(gòu)、當前運行的進程描述符等。實際的進程隊列用紅黑樹來維護(通過CFS信息結(jié)構(gòu)來訪問)。

2）cfs_rq： cfs調(diào)度的進程運行隊列信息 ，包含紅黑樹的根結(jié)點、正在運行的進程指針、用于負載均衡的葉子隊列等。

3）sched_entity： 把需要調(diào)度的東西抽象成調(diào)度實體 ，調(diào)度實體可以是進程、進程組、用戶等。這里包含負載權(quán)重值、對應紅黑樹結(jié)點、 虛擬運行時vruntime 等。

4）sched_class：把 調(diào)度策略(算法)抽象成調(diào)度類 ，包含一組通用的調(diào)度操作接口。接口和實現(xiàn)是分離，可以根據(jù)調(diào)度接口去實現(xiàn)不同的調(diào)度算法，使一個Linux調(diào)度程序可以有多個不同的調(diào)度策略。

1） 關(guān)閉內(nèi)核搶占 ，初始化部分變量。獲取當前CPU的ID號，并賦值給局部變量CPU， 使rq指向CPU對應的運行隊列 。 標識當前CPU發(fā)生任務切換 ，通知RCU更新狀態(tài)，如果當前CPU處于rcu_read_lock狀態(tài)，當前進程將會放入rnp- blkd_tasks阻塞隊列，并呈現(xiàn)在rnp- gp_tasks鏈表中。 關(guān)閉本地中斷 ，獲取所要保護的運行隊列的自旋鎖， 為查找可運行進程做準備 。

2） 檢查prev的狀態(tài)，更新運行隊列 。如果不是可運行狀態(tài)，而且在內(nèi)核態(tài)沒被搶占，應該從運行隊列中 刪除prev進程 。如果是非阻塞掛起信號，而且狀態(tài)為TASK_INTER-RUPTIBLE，就把該進程的狀態(tài)設置為TASK_RUNNING，并將它 插入到運行隊列 。

3）task_on_rq_queued(prev) 將pre進程插入到運行隊列的隊尾。

4）pick_next_task 選取將要執(zhí)行的next進程。

5）context_switch(rq, prev, next)進行 進程上下文切換 。

1) 該進程分配的CPU時間片用完。

2) 該進程主動放棄CPU(例如IO操作)。

3) 某一進程搶占CPU獲得執(zhí)行機會。

Linux并沒有使用x86 CPU自帶的任務切換機制，需要通過手工的方式實現(xiàn)了切換。

進程創(chuàng)建后在內(nèi)核的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)為task_struct ， 該結(jié)構(gòu)中有掩碼屬性cpus_allowed，4個核的CPU可以有4位掩碼，如果CPU開啟超線程，有一個8位掩碼，進程可以運行在掩碼位設置為1的CPU上。

Linux內(nèi)核API提供了兩個系統(tǒng)調(diào)用 ，讓用戶可以修改和查看當前的掩碼：

1) sched_setaffinity()：用來修改位掩碼。

2) sched_getaffinity()：用來查看當前的位掩碼。

在下次task被喚醒時，select_task_rq_fair根據(jù)cpu_allowed里的掩碼來確定將其置于哪個CPU的運行隊列，一個進程在某一時刻只能存在于一個CPU的運行隊列里。

在Nginx中，使用了CPU親和度來完成某些場景的工作：

worker_processes? ? ? 4;

worker_cpu_affinity 0001001001001000;

上面這個配置說明了4個工作進程中的每一個和一個CPU核掛鉤。如果這個內(nèi)容寫入Nginx的配置文件中，然后Nginx啟動或者重新加載配置的時候，若worker_process是4，就會啟用4個worker，然后把worker_cpu_affinity后面的4個值當作4個cpu affinity mask，分別調(diào)用ngx_setaffinity，然后就把4個worker進程分別綁定到CPU0～3上。

worker_processes? ? ? 2;

worker_cpu_affinity 01011010;

上面這個配置則說明了兩個工作進程中的每一個和2個核掛鉤。

Linux系統(tǒng)進程調(diào)度

主要參考 ：Linux manual page - sched

自從linux內(nèi)核2.6.23以來，默認的進程調(diào)度器就被設置為完全公平調(diào)度器（CFS，complete fair scheduler），取代了之前的O(1)調(diào)度器。

每個線程都有一個靜態(tài)調(diào)度優(yōu)先級，即 sched_priority 字段。

一個線程的調(diào)度策略決定了線程會被插入到同級靜態(tài)優(yōu)先級的線程隊列的位置，以及它在隊列中會怎樣移動。

所有的調(diào)度都是可插入的，如果一個更高靜態(tài)優(yōu)先級的線程準備好了，現(xiàn)在運行中的線程就會被插入。而調(diào)度策略則僅僅影響了同樣靜態(tài)優(yōu)先級的線程。

進程（線程）可以通過系統(tǒng)調(diào)用設置自身或者其他進程（線程）的調(diào)度策略。

其中 pid 為0時，設置自身的調(diào)度策略和參數(shù)。結(jié)構(gòu)體 sched_attr 包含以下字段： size 、 sched_policy （即調(diào)度策略，具體會在下一節(jié)介紹）、 sched_flags 、 sched_nice 、 sched_runtime 、 sched_deadline 、 sched_period （最后三個為 SCHED_DEADLINE 相關(guān)的參數(shù)）。當設置成功，系統(tǒng)調(diào)用返回0；否則返回-1，并會設置 errno 。

普通進程： SCHED_OTHER / SCHED_BATCH / SCHED_IDLE

實時進程： SCHED_FIFO / SCHED_RR

特殊實時進程： SCHED_DEADLINE

靜態(tài)優(yōu)先級：Static_priority：對于普通進程，靜態(tài)優(yōu)先級為0；對于實時進程，靜態(tài)優(yōu)先級為1-99，99為最高優(yōu)先級。

動態(tài)優(yōu)先級：Dynamic_priority：僅對普通進程有用，取決于nice和一個動態(tài)調(diào)整的量（比如進程ready卻沒被調(diào)度，則增加）。