linux cpu调度机制
操作系统原理-进程调度
6.3.1 进程调度的功能
6.3.1 进程调度的功能
进程调度的功能 根据一定的调度策略或指标遍历所有的就绪进程， 从中选择一个最合适的进程。 选择该进程的过程实际是用户按特定指标对所有进 程进行排队的过程。
6.3.2 进程调度的时机
6.3.2 进程调度的时机
1．时钟中断 时钟中断是最频繁且周期性地引发进程调度的事件之一。
作业
大小 进入时刻 开始时刻 结束时刻
周转 时间
带权周 转时间
平均周 转时间
平均带权周 转时间
A 20
0
0
20
20 1.00
B 40
10
50
90
80 2.00
C 30
15
20
50
35 1.17 43.75
2.04
D 10
60
90
100
40 4.00
6.4.3 响应比高者优先调度算法
6.4.3 响应比高者优先调度算法
6.3.3 进程调度的方式
进程调度的方式
非抢占方式又称非剥夺式调度
它是指进程调度程序一旦把CPU分配给某进程后，该进程 可以一直运行下去，在它的时间片用完之前，或任务完成 之前，或因为I/O请求被阻塞之前，决不允许其他进程抢走 它的CPU。
抢占方式又称剥夺式调度
抢占方式允许进程调度程序根据某种策略终止当前正在运 行的进程，将其移入就绪队列，再根据某种调度算法选择 另一个进程投入运行。
6.4.1 先来先服务调度算法
先来先服务（First Come First Service，FCFS）
例子：假设系统中有4个作业先后投入，它们的作业 大小和进入时间如表（作业大小和时间单位分钟）
cpuset策略
cpuset策略是一种在Linux内核中用于控制进程CPU和内存分配的机制。
它提供了一种方式，可以将一组CPU和内存节点分配给一组任务，并限制任务的CPU 和内存访问权限。
在cpuset中，CPU集将任务的CPU和内存放置限制为仅任务当前cpuset中的资源。
它们形成虚拟文件系统中可见的嵌套层次结构。
这些是管理大型系统上动态作业放置所需的基本钩子，超出了已经存在的钩子。
任务的请求，使用sched_setaffinity系统调用将CPU包含在CPU关联掩码中，并使用mbind和set_mempolicy系统调用将内存节点包含在内存策略中，都通过该任务的CPU集进行过滤，过滤掉不在CPU集中的任何CPU或内存节点。
调度程序不会在其cpus_allowed向量中不允许的CPU上调度任务，并且内核页面分配器不会在请求任务的mems_allowed向量中不允许的节点上分配页面。
用户级代码可以在cgroup虚拟文件系统中按名称创建和销毁cpuset，管理这些cpuset的属性和权限以及分配给每个cpuset的CPU和内存节点，指定和查询任务分配给哪个cpuset，并列出分配给cpuset的任务pid。
此外，cpuset还支持CPU/内存的热插拔事件（注册通知链），它通过cpuset_track_online_nodes_nb函数检测cpu集的跟踪节点在线状态，当mems_allowed 跟踪node_states[N_MEMORY]发生变化时，调度工作队列cpuset_hotplug_work，处理cpuset的CPU/内存热插拔等相关的变化。
以上信息仅供参考，如需了解更多信息，建议咨询专业人士。
cfs公平调度算法解读
cfs公平调度算法解读CFS（Completely Fair Scheduler）是Linux内核中的一种公平调度算法，它的目标是实现对多个进程的公平调度，确保每个进程都能够公平地获得CPU的使用权。
CFS算法的设计理念是基于时间片的概念，通过动态调整时间片的长度来实现公平调度。
CFS算法的核心思想是将CPU的使用权分配给进程的虚拟运行时间（virtual runtime）最小的进程。
虚拟运行时间是一个相对概念，它表示进程在理想情况下应该获得的CPU时间。
CFS算法通过不断地更新进程的虚拟运行时间，使得每个进程都能够按照其应有的比例获得CPU的使用权。
CFS算法的实现主要依赖于红黑树这种数据结构。
红黑树是一种自平衡的二叉查找树，它能够在O(log n)的时间复杂度内完成插入、删除和查找操作。
CFS算法将所有的进程按照虚拟运行时间的大小顺序插入到红黑树中，每次选择虚拟运行时间最小的进程来执行。
CFS算法通过动态调整时间片的长度来实现公平调度。
时间片的长度取决于进程的优先级和进程的虚拟运行时间。
优先级较高的进程会获得较长的时间片，而虚拟运行时间较小的进程也会获得较长的时间片。
这样一来，优先级较高的进程和虚拟运行时间较小的进程都能够更频繁地获得CPU的使用权，从而实现了公平调度。
CFS算法还引入了一个概念叫做“实时性”。
实时性是指进程在一段时间内获得CPU的使用权的比例。
CFS算法通过不断地调整时间片的长度，使得每个进程的实时性都能够接近其应有的比例。
这样一来，每个进程都能够在一定程度上满足其对CPU的需求，从而实现了公平调度。
CFS算法的公平性是相对的，它并不能保证每个进程都能够完全公平地获得CPU的使用权。
因为在实际情况下，还有其他因素会影响进程的运行，比如I/O操作、中断处理等。
但是CFS算法能够尽量地保证每个进程都能够按照其应有的比例获得CPU的使用权，从而实现了相对公平的调度。
总之，CFS公平调度算法是Linux内核中的一种公平调度算法，它通过动态调整时间片的长度来实现对多个进程的公平调度。
浙江大学软件学院嵌入式操纵系统实验报告实验0：使用C语言模拟Linux系统调度
scanf("%s",p->name); /*输入进程名*/
scanf("%d",&p->needtime); /*输入进程要求运行时间*/
p->cputime=0;
p->state='W'; /*表示就绪队列中未在队首先执行,但也是就绪状态*/
}
void insert(PCB *q) /*插入新进程，把进程按优先数大小排序*/
{
PCB *p1,*s,*r;
int b;
s=q;
/*指针 s 指向新要插入的进程*/
p1=ready; /*指针 p1 指向原来的进程队列的队首*/
r=p1;
/*使用指针 r 是指向 p1 前面的进程*/
b=1;
while((p1!=NULL)&&b)
{ run->state='W';
run->next=NULL; /*队首进程退出进程队列*/
insert(run); /*在进程队列中重新插入原来的队首进程*/
run=ready;
/*重新置就绪队列的头指针*/
run->state='R';
ready=ready->next;
}
prt();
}
}
void main()
run->prio=run->prio-1; /*运行一次优先数减一*/
if(run->needtime==0) /*若要求运行时间为 0 时*/
{ run->next=finish;
/*退出队列*/
finish=run;
linux调度器源码分析-运行（四）
linux调度器源码分析-运⾏（四）本⽂为原创，转载请注明：引⾔ 之前的⽂章已经将调度器的数据结构、初始化、加⼊进程都进⾏了分析，这篇⽂章将主要说明调度器是如何在程序稳定运⾏的情况下进⾏进程调度的。
系统定时器 因为我们主要讲解的是调度器，⽽会涉及到⼀些系统定时器的知识，这⾥我们简单讲解⼀下内核中定时器是如何组织，⼜是如何通过通过定时器实现了调度器的间隔调度。
⾸先我们先看⼀下内核定时器的框架 在内核中，会使⽤strut clock_event_device结构描述硬件上的定时器，每个硬件定时器都有其⾃⼰的精度，会根据精度每隔⼀段时间产⽣⼀个时钟中断。
⽽系统会让每个CPU使⽤⼀个tick_device描述系统当前使⽤的硬件定时器(因为每个CPU都有其⾃⼰的运⾏队列)，通过tick_device所使⽤的硬件时钟中断进⾏时钟滴答(jiffies)的累加(只会有⼀个CPU负责这件事)，并且在中断中也会调⽤调度器，⽽我们在驱动中常⽤的低精度定时器就是通过判断jiffies实现的。
⽽当使⽤⾼精度定时器(hrtimer)时，情况则不⼀样，hrtimer会⽣成⼀个普通的⾼精度定时器，在这个定时器中回调函数是调度器，其设置的间隔时间同时钟滴答⼀样。
所以在系统中，每⼀次时钟滴答都会使调度器判断⼀次是否需要进⾏调度。
时钟中断 当时钟发⽣中断时，⾸先会调⽤的是tick_handle_periodic()函数，在此函数中⼜主要执⾏tick_periodic()函数进⾏操作。
我们先看⼀下tick_handle_periodic()函数： 1void tick_handle_periodic(struct clock_event_device *dev)2 {3/* 获取当前CPU */4int cpu = smp_processor_id();5/* 获取下次时钟中断执⾏时间 */6 ktime_t next = dev->next_event;78 tick_periodic(cpu);910/* 如果是周期触发模式，直接返回 */11if (dev->mode != CLOCK_EVT_MODE_ONESHOT)12return;1314/* 为了防⽌当该函数被调⽤时，clock_event_device中的计时实际上已经经过了不⽌⼀个tick周期，这时候，tick_periodic可能被多次调⽤，使得jiffies和时间可以被正确地更新。
cpulimit原理
cpulimit原理
CPULimit原理是一种用于限制进程CPU使用率的工具。
它基于Linux中的cgroups（控制组）机制，可以在系统级别控制进程的资源使用情况，包括CPU、内存、I/O等。
CPULimit的实现原理是通过对进程使用的CPU时间进行控制，将进程限制在一个指定的CPU使用率范围内。
它使用了Linux中的内核调度器来控制CPU使用率，通过周期性的挂起和恢复进程，使得进程只能使用指定的CPU时间。
CPULimit的使用非常简单，只需要指定待限制的进程以及限制的CPU使用率即可。
例如，我们可以使用以下命令限制进程PID为1234的CPU使用率为50%：
cpulimit -p 1234 -l 50
CPULimit的优点在于它能够有效地限制进程的CPU使用率，避免了进程过度占用CPU资源导致系统性能下降的问题。
同时，它还可以避免进程因为CPU占用过高而导致系统崩溃的情况。
总之，CPULimit是一种非常实用的工具，可以帮助我们更好地管理系统资源，提高系统稳定性和性能。
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linux调度器源码分析-概述（一）
linux调度器源码分析-概述（⼀）引⾔ 调度器作为操作系统的核⼼部件，具有⾮常重要的意义，其随着linux内核的更新也不断进⾏着更新。
本系列⽂章通过linux-3.18.3源码进⾏调度器的学习和分析，⼀步⼀步将linux现有的调度器原原本本的展现出来。
此篇⽂章作为开篇，主要介绍调度器的原理及重要数据结构。
调度器介绍 随着时代的发展，linux也从其初始版本稳步发展到今天，从2.4的⾮抢占内核发展到今天的可抢占内核，调度器⽆论从代码结构还是设计思想上也都发⽣了翻天覆地的变化，其普通进程的调度算法也从O(1)到现在的CFS，⼀个好的调度算法应当考虑以下⼏个⽅⾯：公平：保证每个进程得到合理的CPU时间。
⾼效：使CPU保持忙碌状态，即总是有进程在CPU上运⾏。
响应时间：使交互⽤户的响应时间尽可能短。
周转时间：使批处理⽤户等待输出的时间尽可能短。
吞吐量：使单位时间内处理的进程数量尽可能多。
负载均衡：在多核多处理器系统中提供更⾼的性能 ⽽整个调度系统⾄少包含两种调度算法，是分别针对实时进程和普通进程，所以在整个linux内核中，实时进程和普通进程是并存的，但它们使⽤的调度算法并不相同，普通进程使⽤的是CFS调度算法(红⿊树调度)。
之后会介绍调度器是怎么调度这两种进程。
进程 上⼀节已经说明，在linux中，进程主要分为两种，⼀种为实时进程，⼀种为普通进程实时进程：对系统的响应时间要求很⾼，它们需要短的响应时间，并且这个时间的变化⾮常⼩，典型的实时进程有⾳乐播放器，视频播放器等。
普通进程：包括交互进程和⾮交互进程，交互进程如⽂本编辑器，它会不断的休眠，⼜不断地通过⿏标键盘进⾏唤醒，⽽⾮交互进程就如后台维护进程，他们对IO，响应时间没有很⾼的要求，⽐如编译器。
它们在linux内核运⾏时是共存的，实时进程的优先级为0~99，实时进程优先级不会在运⾏期间改变(静态优先级)，⽽普通进程的优先级为100~139，普通进程的优先级会在内核运⾏期间进⾏相应的改变(动态优先级)。
linux 中的进程处理和控制方式
linux 中的进程处理和控制方式Linux 是一种广泛使用的操作系统，它具有强大的进程处理和控制功能。
在 Linux 系统中，进程是进行任务的基本单位，它们可以同时运行，互相通信，共享资源，因此进程处理和控制是 Linux 系统重要的组成部分。
Linux 提供了多种方式来处理和控制进程。
以下是一些常见的方式：1. 创建新进程：在 Linux 系统中，可以通过 fork() 系统调用创建一个新的子进程。
子进程是通过复制父进程的内存空间、文件描述符和其他资源来创建的。
这样可以实现并行处理任务，提高系统的效率。
创建新进程时，可以使用 exec() 系统调用来加载一个新的程序运行。
2. 进程调度：Linux 使用调度器（scheduler）来决定哪个进程在何时执行。
调度算法会根据进程的优先级（priority）和调度策略来决定进程的执行顺序。
常见的调度策略包括先进先出（FIFO）、最短作业优先（SJF）、轮转（Round Robin）等。
通过合理的调度算法，可以提高系统的响应速度和资源利用率。
3. 进程间通信：在 Linux 中，进程之间可以通过多种方式进行通信。
其中最常用的方式是通过管道（pipe）、信号（signal）和共享内存（shared memory）来进行进程间的数据交换。
管道可以实现进程的单向通信，信号可以用于进程之间的异步通信，而共享内存可以让多个进程共享同一片内存区域，实现高效的数据交换。
4. 进程控制：Linux 提供了多个命令和系统调用来控制进程的行为。
例如，可以使用 ps 命令来查看系统中正在运行的进程，使用kill 命令发送信号终止进程，使用 nice 命令来改变进程的优先级等。
此外，还可以使用进程控制信号（Process Control Signals）来改变进程的状态，如暂停、继续、停止等。
5. 进程管理工具：Linux 提供了一些进程管理工具来帮助用户更方便地处理和控制进程。
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linux cpu调度机制
摘要：
一、Linux CPU 调度机制简介
二、Linux 调度器的演变
三、CFS（完全公平调度器）原理
四、CFS 调度算法的优势和特点
五、Linux 调度器在实际应用中的表现
正文：
一、Linux CPU 调度机制简介
Linux CPU 调度机制是Linux 内核中负责分配CPU 时间片给各个进程的算法。
从Linux 内核版本2.6.23 开始，采用的进程调度器是CFS（完全公平调度器）。
在此之前，Linux 内核使用了多种调度器，如传统的进程优先级调度器。
二、Linux 调度器的演变
在Linux 发展的历程中，进程调度器经历了多次改进和优化。
从最早的基于优先级的调度器，到后来的时间片轮转调度器，再到CFS 调度器，Linux 调度器在性能和公平性方面不断取得突破。
CFS 调度器的出现，使得Linux 内核在进程调度方面更加高效、公平。
三、CFS（完全公平调度器）原理
CFS 调度器的基本原理是设定一个调度周期（sched_latency_ns），让每个进程在这个周期内至少有一次运行机会。
换句话说，每个进程等待CPU 时
间的时间最长不超过这个调度周期。
根据进程数量，CFS 会将CPU 时间周期平均分配给各个进程。
由于进程的优先级（nice 值）不同，CFS 在分配CPU 时间时会进行加权处理。
每个进程的累计运行时间保存在自己的vruntime 字段里。
在CFS 调度器中，进程的调度顺序是根据vruntime 值的大小进行的。
每当一个进程完成一次运行，它的vruntime 值会更新，表示该进程已经使用了多少CPU 时间。
四、CFS 调度算法的优势和特点
1.公平性：CFS 调度器确保每个进程在同等条件下获得CPU 时间，从而实现公平调度。
2.高效性：CFS 调度器根据进程的优先级进行加权分配，使得高优先级进程获得更多CPU 时间，提高了系统资源利用率。
3.响应速度：CFS 调度器能够在短时间内完成进程调度，降低进程的响应时间。
4.稳定性：CFS 调度器能够适应不同负载情况，保持系统性能的稳定。
五、Linux 调度器在实际应用中的表现
Linux 调度器在实际应用中表现出色，无论是对于服务器、桌面系统还是嵌入式设备，都能够根据系统需求进行优化调度。
CFS 调度器的出现，使得Linux 系统在多任务处理、负载均衡等方面具有更强的竞争力。
总之，Linux CPU 调度机制在不断发展和完善，CFS 调度器凭借其公平性、高效性和稳定性，成为了Linux 内核中最为优秀的进程调度器。