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Linux操作系统分析 Linux操作系统分析 中国科学技术大学计算机系 陈香兰（0512 xlanchen@ustc.edu.cn Autumn 2009 主要内容 进程描述符 进程切换 进程的创建和删除 进程调度 进程的分类 不同类型的进程有不同的调度需求 第一种分类： I/O-bound 频繁的进行I/O 通常会花费很多时间等待I/O操作的完成 CPU-bound 计算密集型 需要大量的CPU时间进行运算 第二种分类 交互式进程（interactive process） 需要经常与用户交互，因此要花很多时间等待用户输入操作 响应时间要快，平均延迟要低于50~150ms 典型的交互式程序：shell、文本编辑程序、图形应用程序等 批处理进程（batch process） 不必与用户交互，通常在后台运行 不必很快响应 典型的批处理程序：编译程序、科学计算 实时进程（real-time process） 有实时需求，不应被低优先级的进程阻塞 响应时间要短、要稳定 典型的实时进程：视频/音频、机械控制等 Linux中的进程调度 Linux既支持普通的分时进程，也支持实时进程 Linux中的调度是多种调度策略和调度算法的混合。 什么是调度策略？ 是一组规则，它们决定什么时候以怎样的方式选择一个新进程运行 Linux的调度基于分时和优先级 随着版本的变化，分时技术在不断变化 Linux的进程根据优先级排队 根据特定的算法计算出进程的优先级，用一个值表示 这个值表示把进程如何适当的分配给CPU Linux中进程的优先级是动态的 调度程序会根据进程的行为周期性的调整进程的优先级 较长时间未分配到CPU的进程，通常↑ 已经在CPU上运行了较长时间的进程，通常↓ 与调度相关的系统调用 nice getpriority/setpriority sched_getscheduler/sched_setscheduler sched_getparam/sched_setparam sched_yield sched_get_priority_min/sched_get_priority_max sched_rr_get_interval 例如 又如 调度算法 Linux 2.4的调度算法 需要遍历可运行队列，算法O(n) Epoch，基本时间片，动态优先级 Linux 2.6.17的调度算法（2.6.23之前） 采用双队列（Active；expire ），按照优先级组队，O(1) Linux 2.6.26的调度算法 非实时：CFS，vruntime，红黑树 实时：优先级队列 Linux进程可以指定该进程所采用的调度策略 调度算法根据进程的调度策略，采用不同的调度算法 关于CFS的vruntime 理想的调度，所有的任务都是公平的。等速度的运行每个任务。 cfs就是通过追踪这个vruntime来进行任务调度的。它总是选 vruntime最小的进程来运行。 Linux 2.6.26中的调度策略：Policy，调度类型 查看linux-2.6.26中各个policy的使用情况 调度类型 阅读const struct sched_class，调度类 rt_sched_class fair_sched_class idle_sched_class 阅读2.6.26的schedule函数 调度函数的关键： 调度算法的关键 入列 CFS根据vruntime的值入列，其关键在于vruntime值的计算 RT根据优先级入列 Linux-2.6.26中每个CPU的就绪队列 Linux-2.6.26中进程的调度实体 关于CFS的vruntime 理想的调度，所有的任务都是公平的。等速度的运行每个任务。 cfs就是通过追踪这个vruntime来进行任务调度的。它总是选 vruntime最小的进程来运行。 几个关键的vruntime更新之处 set_task_cpu：进程从原CPU上转移到新CPU上，需根据两个cpu上就绪队列min_vruntime的值的差距进行调整，使得进程的vruntime值能与新的调度队列中的进程具有一定的可比性 在__update_curr中， 在yield_task_fair中， 等等 了解linux-2.6.26中进程的滴答更新 调度类中的方法task_tick用来在任务运行时进行滴答更新。 每个调度类都有自己的滴答更新方法：task_tick_rt、task_tick_fair和task_tick_idle（为空）。 考虑task_tick_fair 考虑task_tick_rt Linux2.6.26中的优先级 Linux2.6.26中的nice值 Nice值用来调整进程的优先级 Nice值的范