英本Linux IO调度算法之CFQ详解
linux磁盘调度算法c语言 -回复
linux磁盘调度算法c语言-回复什么是磁盘调度算法？磁盘调度算法是操作系统中的一种重要算法，用于管理磁盘访问请求的顺序，以提高磁盘IO的效率。
在现代计算机系统中，磁盘是一种常用的存储设备，用于存储大量的数据。
然而，磁盘的读写速度相对较慢，而且磁盘上的数据是按照物理位置存储的，因此需要一种调度算法来决定磁盘访问请求的执行顺序，以减少磁头的移动，提高数据的读写效率。
磁盘调度算法的基本原理磁盘调度算法的基本原理是通过优化磁盘访问请求的顺序，减少寻道和旋转延迟，提高磁盘IO的效率。
以下是一些常见的磁盘调度算法：1. 先来先服务（FCFS）先来先服务是最简单的磁盘调度算法之一。
它按照磁盘访问请求的到达顺序来执行IO操作。
当一个请求完成后，才会执行下一个请求。
尽管这种算法简单，但由于没有考虑磁头的位置及磁盘的旋转延迟，可能导致磁头频繁移动，降低IO效率。
2. 最短寻道时间优先（SSTF）最短寻道时间优先是一种以最小化寻道时间为目标的磁盘调度算法。
它选择离当前磁头位置最近的请求进行执行。
这种算法可以减少寻道时间，提高磁盘IO效率。
然而，由于总是选择最短寻道时间的请求，可能导致某些请求长时间等待，造成请求的不公平性。
3. 扫描算法（SCAN）扫描算法又称电梯算法，模拟了磁头在磁盘上移动的方式。
它从一个方向开始，按磁道的顺序执行访问请求，当达到磁盘的边界时，改变方向并继续执行请求。
这种算法可以减少磁头的移动距离，提高IO效率。
但是，如果某些请求集中在边界附近，可能导致某些请求长时间等待。
4. 循环扫描算法（C-SCAN）循环扫描算法是扫描算法的一种变体，它避免了某些请求长时间等待的问题。
当磁头达到磁盘的边界时，不返回原来的方向，而是直接返回到磁盘的另一侧继续执行请求。
这样可以确保所有的请求都能被处理到，减少等待时间，提高IO效率。
编写一个简单的磁盘调度算法（SSTF）的C语言实现下面是一个简单的SSTF磁盘调度算法的C语言实现：include<stdio.h>include<stdlib.h>int main(){int n, head, sum = 0;printf("Enter the number of disk requests: ");scanf("d", &n);printf("Enter the initial position of head: ");scanf("d", &head);int *requests = (int *)malloc(sizeof(int) * n);printf("Enter the disk requests: ");for (int i = 0; i < n; i++){scanf("d", &requests[i]);}for (int i = 0; i < n; i++){int min = abs(head - requests[i]);int index = i;for (int j = i + 1; j < n; j++){if (abs(head - requests[j]) < min){min = abs(head - requests[j]);index = j;}}sum += abs(head - requests[index]);head = requests[index];int temp = requests[i];requests[i] = requests[index];requests[index] = temp;}printf("Total head movement: d\n", sum);free(requests);return 0;}以上C语言程序实现了SSTF磁盘调度算法。
linux调度原理
linux调度原理
Linux调度原理是指操作系统在多个进程间分配处理器资源的方法。
Linux使用CFS（Completely Fair Scheduler）调度器来实现公平调度。
CFS调度器基于时间片轮转的思想，将处理器时间划分成一小段一小段的时间片，并按照公平的方式分配给各个进程。
每个进程都拥有一个不断递增的虚拟运行时间，CFS根据进程的虚拟运行时间来决定下一个运行的进程。
CFS调度器通过维护一个红黑树来管理所有的进程，红黑树的节点表示各个进程的虚拟运行时间。
每次调度时，CFS会选择具有最小虚拟运行时间的进程运行，保证每个进程都能公平地获取处理器资源。
为了提高CPU利用率，CFS还实现了一种叫做负载均衡的机制。
当某个CPU的负载过高时，CFS会将正在运行的进程重新分配到空闲CPU上，以实现负载均衡。
这样可以最大程度地利用系统的处理能力。
除了公平调度，CFS还具备实时调度的能力。
CFS使用了一种称为类似于Earliest Deadline First（EDF）的策略来处理实时任务。
实时任务会被放置在一个专门的队列中，CFS会优先调度实时任务，以保证其满足严格的截止时间要求。
总结来说，Linux调度器使用CFS实现了公平和实时任务的调度。
它通过基于时间片轮转的方式，根据进程的虚拟运行时间
决定下一个运行的进程，并通过负载均衡机制提高CPU利用率。
此外，CFS还使用类似于EDF的策略来处理实时任务。
这些机制共同作用，确保系统能够高效地利用处理器资源，以满足各个进程的需求。
linux及windows中的调度算法
动态优先级调度算法 这种调度算法根据任务的资源需求来动态地分配 任务的优先级，其目的就是在资源分配和调度时 有更大的灵活性。非实时系统中就有很多这种调 度算法，比如短作业优先的调度算法。在实时调 度算法中， EDF算法是使用最多的一种动态优先 级调度算法，该算法给就绪队列中的各个任务根 据它们的截止期限（Deadline）来分配优先级， 具有最近的截止期限的任务具有最高的优先级。
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分析比较普通调度和实时调度 一个实时系统是指计算的正确性不仅取决于程序 的逻辑正确性，也取决于结果产生的时间，如果 系统的时间约束条件得不到满足，将会发生系统 出错。
实时调度与非实时调度的主要区别是： (1)实时调度所调度的任务有完成时限，而非实时调度没有。 从而，实时调度算法的正确与否不仅与算法的逻辑有关， 也与调度算法调度的时限有关。 (2)实时调度要求较快的进程或线程切换时间，而非实时调度 的进程或线程的切换时间较长。 (3)非实时调度强调资源利用率(批处理系统)或用户共享处理 机(分时系统)，实时调度则主要强调在规定时限范围内完 成对相应设备的控制。 (4)实时调度为抢先式调度，而非实时调度则很少采用抢先式 调度
平均周转时间和最大等待时间：通过最先执行最 短任务可以使平均周转时间最短。然而，这种调 度策略可能会使长时间运行的任务永远得不到调 度且会增加他们的等待时间。
I/O设备利用率和CPU利用率：CPU利用率的最大 化可以通过长时间运行CPU限制的任务和同时不 实行上下文切换。I/O设备利用率的最大化可以通 过尽可能调度已经准备好的I/O限制的任务。
基于比例共享调度算法 虽然基于优先级的调度算法简单而有效，但这种 调度算法提供的是一种硬实时的调度，在很多情 况下并不适合使用这种调度算法：比如象实时多 媒体会议系统这样的软实时应用。对于这种软实 时应用，使用一种比例共享式的资源调度算法（ SD算法）更为适合。 比例共享调度算法指基于CPU使用比例的共享式 的调度算法，其基本思想就是按照一定的权重（ 比例）对一组需要调度的任务进行调度，让它们 的执行时间与它们的权重完全成正比。
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。
linux进程调度的方法
linux进程调度的方法Linux进程调度是操作系统中的重要功能之一，它负责决定在多个进程之间如何分配CPU时间片。
进程调度算法的选择对系统的性能和响应时间有着重要的影响。
本文将介绍几种常见的Linux进程调度方法。
1. 先来先服务（First-Come, First-Served，FCFS）FCFS是最简单的调度算法，按照进程到达的先后顺序进行调度。
当一个进程执行完毕后，下一个进程将被调度执行。
这种方法简单直观，但存在"饥饿"问题，即长时间等待的进程可能得不到执行。
2. 最短作业优先（Shortest Job First，SJF）SJF调度算法根据进程的执行时间长度来进行调度，执行时间越短的进程优先执行。
这种算法可以减少平均等待时间，但需要预知每个进程的执行时间，实际中很难实现。
3. 优先级调度（Priority Scheduling）优先级调度算法根据进程的优先级来进行调度，优先级较高的进程先执行。
可以通过静态优先级或动态优先级来实现。
静态优先级在进程创建时确定，而动态优先级在运行时根据进程的行为进行调整。
优先级调度可以根据系统需求进行灵活调整，但可能存在优先级反转的问题。
4. 时间片轮转（Round Robin，RR）时间片轮转是一种基于时间片的调度算法。
每个进程被分配一个固定长度的时间片，在该时间片内执行，时间片用完后，进程被挂起，等待下一次调度。
时间片轮转可以保证公平性，但可能存在上下文切换开销较大的问题。
5. 多级反馈队列（Multilevel Feedback Queue，MLFQ）多级反馈队列是一种综合性的调度算法。
系统维护多个就绪队列，每个队列具有不同的优先级。
新到达的进程首先进入最高优先级队列，当队列中没有可执行进程时，低优先级队列的进程才能执行。
如果一个进程在一个队列中执行的时间过长，系统会将其移动到一个更低优先级的队列中，以避免长时间运行的进程占用CPU。
linux调度器 负载计算方法
Linux调度器负载计算方法一、引言Linux调度器是操作系统中负责任务调度的核心组件，它负责分配CPU时间给各个进程，以实现多任务处理。
在Linux中，调度器的负载计算方法对于任务调度至关重要，因为它决定了哪些进程应该获得CPU时间以及它们的优先级。
本文将深入探讨Linux调度器的负载计算方法，特别是CPU使用率和负载平均值这两个关键指标。
二、CPU使用率CPU使用率是指进程在单位时间内占用的CPU时间百分比。
它是衡量进程对CPU资源需求的重要指标。
在Linux调度器中，CPU使用率用于确定进程的优先级。
通常，高CPU使用率的进程会获得更高的优先级，因为它们对CPU资源的渴求更大。
CPU使用率的计算公式为：CPU使用率 = (进程的CPU时间 / 观察时间) * 100%其中，进程的CPU时间是指在观察时间内，进程实际占用的CPU时间。
观察时间通常设定为一个固定的时间段，例如1秒或5秒。
三、负载平均值负载平均值是Linux调度器中另一个重要的负载计算方法。
它反映了系统负载的平均水平，包括用户进程、系统进程和空闲进程的数量。
负载平均值的计算公式为：负载平均值 = (当前正在运行的进程数 + 已提交的进程数) / 可用CPU个数其中，已提交的进程数是那些已经提交但尚未运行的进程数量。
可用CPU 个数是指系统中当前可用的物理或逻辑CPU核心数。
负载平均值可以帮助调度器了解系统的整体负载情况，从而做出更合理的任务调度决策。
在Linux中，可以使用uptime命令查看系统的负载平均值。
四、总结与展望Linux调度器的负载计算方法是实现高效任务调度的关键。
通过关注CPU 使用率和负载平均值这两个指标，调度器能够更好地了解进程的资源需求和系统负载状况。
未来，随着技术的发展和应用的演变，调度器可能会面临更多的挑战和需求。
例如，随着云计算和虚拟化技术的普及，调度器需要处理更加复杂的资源分配和任务调度问题。
因此，进一步研究和优化Linux调度器的负载计算方法，提高其性能和适应性，对于推动操作系统技术的发展具有重要意义。
Linux操作系统磁盘调度算法分析
Linux操作系统磁盘调度算法分析磁盘调度算法是指操作系统中用于处理磁盘上的请求的一套算法。
在现代计算机系统中，磁盘是一种非常重要的存储设备，因此如何高效地处理磁盘请求对于提高系统性能至关重要。
Linux操作系统作为一种广泛使用的开源操作系统，也采用了多种磁盘调度算法来提高磁盘访问效率。
本文将对Linux操作系统中常用的磁盘调度算法进行详细分析。
1. 先来先服务（FCFS）调度算法先来先服务是最基本的磁盘调度算法之一。
它按照磁盘请求的提交顺序进行处理。
当一个请求被完成后，下一个请求将按照提交的顺序进行处理。
这种算法的优点是简单易实现，但并不考虑磁盘访问位置和移动时间。
由于磁盘的读写时间和移动时间往往不同，因此FCFS算法可能会导致一些请求等待时间过长，影响系统的响应速度。
2. 最短寻道时间优先（SSTF）调度算法最短寻道时间优先算法是根据当前磁头位置选择离磁头最近的下一个请求进行处理。
该算法考虑了磁头的移动距离，因此能够减少磁头的寻道时间。
但是由于该算法总是选择最近的请求处理，可能导致一些远离磁头的请求等待时间过长，造成一些请求的饥饿现象。
3. 扫描（SCAN）调度算法扫描算法是磁盘调度算法中常用的一种。
它模拟磁头在磁盘上进行的一次扫描操作，沿着一定方向进行磁道的访问。
当磁头到达磁盘的一端时，会改变方向进行下一次扫描。
该算法比较公平，能够较均匀地处理所有磁盘请求，但是由于需要扫描整个磁道，可能导致一些请求等待时间较长。
4. 循环扫描（C-SCAN）调度算法循环扫描算法是对扫描算法的一种改进。
该算法在到达磁盘的一端后不会改变方向，而是直接返回到磁道的另一端进行下一次扫描。
这意味着所有请求都会等待直到磁头回到磁道的起始位置，这样能够减少等待时间，但是也可能导致一些请求的响应时间较长。
5. 最不常用（LFU）调度算法最不常用算法是根据请求的使用频率进行处理的一种算法。
它将优先处理那些使用频率较低的请求，这样能够提高系统的整体性能。
基于Linux内核的CFS算法分析
基于Linux内核的CFS算法分析基于Linux内核的CFS算法分析1引言随着Linux内核的不断发展，Linux已经被许多人视为是未来最有前途的操作系统之一。
对系统中运行的进程来说，操作系统提供了一个供其独占的虚拟机环境；而对于使用计算机的用户来说，操作系统提供了在任意硬件平台(包括单处理器和多处理器)上并行执行进程的能力。
尽管在一个CPU之上同时只可能有一个任务（进程）在运行，但由于在多任务操作系统中，在同一时刻可能有多个任务处于就绪状态，这时操作系统需要根据这些任务的重要程度、占用的硬件资源等，选择一个合适的任务运行。
这时就引入了任务调度器(Process Scheduler)机制，以用来对当前系统中的多个可执行任务进行调度管理。
从当前系统中的多个就绪任务中选择哪个，让它执行多长时间，以及是否运行其他任务打断它的执行，这些都是任务调度器的主要任务，一般称为任务调度器的调度算法。
由于调度算法在很大程度上决定了系统对硬件资源的利用效率和系统用户的使用体验等，所以调度算法的设计与实现是任务调度器乃至整个操作系统设计与实现中的关键。
Linux 2.4内核的O(n)算法和早期Linux 2.6内核的O(1)算法都是以往调度算法中的经典算法，但是存在着一些缺点。
Linux 2.6.23内核发布的CFS算法将公平的理念用到调度算法中，具有划时代的意义。
本文将在以往调度算法优缺点的基础上重点介绍CFS调度算法。
2Linux 2.4与Linux 2.6调度算法简介2.1Linux 2.4内核调度算法Linux 2.4内核采用的调度算法是基于优先级的设计。
它在每次任务切换时，内核扫描可运行任务的链表，计算任务的优先级，然后选择“最佳”任务来进行。
通过对2.4调度算法研究，从该任务调度器的设计与实现方式等角度来看，其主要存在以下一些缺陷：1)选择最佳任务的流程的时间代价为O(n)，在系统任务数量较多的情况下执行开销太大，导致系统性能下降严重2)由于runqueue（就绪队列）是内核全局数据结构，在多处理器环境中，属于临界资源，需要利用自旋锁保护，这样如果系统中同时有多个处理器需要任务调度时，只能依次获取自旋锁并进行调度，无法充分发挥多处理器的并行优势3)简易的优先级和时间片机制，无法满足交互式任务的低响应时间要求2.2Linux 2.6.x的内核调度算法从上面的介绍可以看到，Linux 2.4.x的任务调度器显然无法满足现今应用的需求。
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CFQ调度是基于优先级调度的，系统中的每一个进程都有一个优先级类（这个优先级类分成了3种：real-time (RT), best-eort (BE)，idle），RT 和 BE分成了8种不同的优先级来说明服务的不同优先级别。BE作为进程默认的优先级类，通过nice命令来设置。
每一个进程都有有个cfq_queue队列来服务同步的请求req，对于异步请求req分别对应了8种不同优先级的BE队列，8种不同优先级的RT队列，和一个空闲队列。这些队列信息进程间是共享的，大家都知道。
下图是CFQ算法中结构体之间的关系图（vdisktime最小的cfq_group先服务）：
理解CFQ算法重点是要分析这个算法用到的结构体变量。 217 220 struct cfq_data { 221 struct request_queue *queue; 223 struct cfq_rb_root grp_service_tree;//此红黑树服务于cfg_group 224 struct cfq_group root_group; 229 enum wl_prio_t serving_prio; 230 enum wl_type_t serving_type; 231 unsigned long workload_expires; 232 struct cfq_group *serving_group; 233 234 //有8种不同优先级的树，每一个树中的优先级是相同的，不同的树优先级不同。 239 struct rb_root prio_trees[CFQ_PRIO_LISTS]; 240//cfq里面有多少个正在使用的队列 241 unsigned int busy_queues; 242 unsigned int busy_sync_queues;//多少个同步的队列 244 int rq_in_driver;
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2 / 5 245 int rq_in_flight[2]; 250 int rq_queued; 251 int hw_tag; 258 int hw_tag_est_depth; 259 unsigned int hw_tag_samples; 264 struct timer_list idle_slice_timer; 265 struct work_struct unplug_work; 267 struct cfq_queue *active_queue; 268 struct cfq_io_context *active_cic; 269 270//io priority有3种类型的优先级，分别是：idle,best effort,real time。这里的横坐标2指的是best effort和real time2种类型的优先级。每一种类型里面有8个优先级。 273 struct cfq_queue *async_cfqq[2][IOPRIO_BE_NR];
//空闲队列 274 struct cfq_queue *async_idle_cfqq; 276 sector_t last_position; 281 unsigned int cfq_quantum; 282 unsigned int cfq_fifo_expire[2]; 283 unsigned int cfq_back_penalty; 284 unsigned int cfq_back_max;
//cfq_slice[0]同步时间片，cfq_slice[1]异步时间片 285 unsigned int cfq_slice[2]; 286 unsigned int cfq_slice_async_rq; 287 unsigned int cfq_slice_idle; 288 unsigned int cfq_group_idle; 289 unsigned int cfq_latency; 290 291 unsigned int cic_index; 292 struct list_head cic_list; 297 struct cfq_queue oom_cfqq; 299 unsigned long last_delayed_sync; 302 struct hlist_head cfqg_list;
305 unsigned int nr_blkcg_linked_grps; 306 };
174 struct cfq_group { 175 176 struct rb_node rb_node;//代表了grp_service_tree树中的一个节点 177
www.ingben.comwww.ingben.com 北京英本科技有限公司www.ingben.com
3 / 5 178 179 u64 vdisktime;//grp_service_tree树中一个节点的key,为节点的虚拟磁盘时间 180 unsigned int weight; 181 unsigned int new_weight; 182 bool needs_update; 183 184 组里面有多少个cfq 队列 185 int nr_cfqq; 186 187 //每一个不同优先级树中的队列（实际是上cfq_queue）正在处理中。 193 unsigned int busy_queues_avg[CFQ_PRIO_NR];
//2指的是RT和BE 2种类型，3指的是SYNC,SYNC_NOIDLE,ASYNC 202 struct cfq_rb_root service_trees[2][3];
203 struct cfq_rb_root service_tree_idle; 205 unsigned long saved_workload_slice; 206 enum wl_type_t saved_workload; 207 enum wl_prio_t saved_serving_prio; 208 struct blkio_group blkg; 209 #ifdef CONFIG_CFQ_GROUP_IOSCHED 210 struct hlist_node cfqd_node; 211 int ref; 212 #endif 213 214 int dispatched; 215 };
97 struct cfq_queue { 98 99 int ref; 101 unsigned int flags; 103 struct cfq_data *cfqd; 105 struct rb_node rb_node; 107 unsigned long rb_key; 109 struct rb_node p_node;//此变量对应了8种不同优先级树中的一个节点。 111 struct rb_root *p_root;
//sort_list是按照红黑树的结构存放待处理的请求
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4 / 5 113 struct rb_root sort_list; 115 struct request *next_rq;//红黑树中下一个将要处理的请求 117 int queued[2]; 119 int allocated[2]; 121 struct list_head fifo;//fifo是个先进先出的队列，fifo里面的队员是sort_list红黑树的节点，即sort_list里面的节点按照先进先出的原理存放到了fifo队列中去，这种fifo是deadline算法。 124 unsigned long dispatch_start; 125 unsigned int allocated_slice; 126 unsigned int slice_dispatch; 127 128 unsigned long slice_start; 129 unsigned long slice_end; 130 long slice_resid;
133 int meta_pending; 134 135 int dispatched;//记录了多少个请求将要被驱动程序处理 136 137 /由于每个进程的io class（idile,be,rt），io proiority，io type（sync,asyc）,因此ioprio,ioprio_class都会相应发生变化，这里就行了记录。 138 unsigned short ioprio, org_ioprio; 139 unsigned short ioprio_class, org_ioprio_class; 141 pid_t pid; 143 u32 seek_history; 144 sector_t last_request_pos; 145 146 struct cfq_rb_root *service_tree; 147 struct cfq_queue *new_cfqq; 148 struct cfq_group *cfqg;//这个队列记录了进程信息 150 unsigned long nr_sectors; 151 };
8 struct cfq_io_context { 9 void *key; 10 //cfqq[0]表示进程异步IO的对应的cfq_queuq,cfqq[1]表示进程同步IO的对应的cfq_queuq 11 struct cfq_queue *cfqq[2]; 13 struct io_context *ioc; 15 unsigned long last_end_request; 17 unsigned long ttime_total; 18 unsigned long ttime_samples;