Linuxs tidsdelningsprocessplanering är ett komplext, flerskiktssystem som är utformat för att rättvist och effektivt distribuera CPU-tid mellan flera processer. Kärnan i den är kärnans schemaläggare, som använder flera algoritmer och datastrukturer för att uppnå sina mål. Här är en uppdelning av de viktigaste aspekterna:
1. Schemaläggningsenheter:
* Processer: Den grundläggande schemaläggningsenheten. Varje process får en bit CPU -tid.
* trådar: Lättare vikt än processer och delar samma minnesutrymme. Moderna schemaläggare behandlar trådar på samma sätt som processer och planerar dem ofta oberoende inom en process.
* realtidsprocesser (valfritt): Dessa processer har strängare tidskrav och kan ha prioritet framför andra processer. De hanteras av en separat schemaläggningsmekanism (t.ex. schemaläggning i realtid).
2. Schemaläggningsalgoritmer (historiskt och för närvarande):
Linux har utvecklat sina schemaläggningsalgoritmer över tid. Tidiga versioner använde enklare algoritmer, men moderna kärnor använder en sofistikerad strategi:
* Helt rättvis schemaläggare (CFS): Detta är standardplanen i moderna Linux -kärnor (sedan 2.6.23). CFS syftar till fullständig rättvisa genom att ge varje process en proportionell andel av CPU -tiden baserat på dess *vikt *. Den använder en röd-svart träddatastruktur för att effektivt hantera de körbara processerna och välja den nästa som ska köras. Kärnidén är att dynamiskt justera processernas runtime för att säkerställa rättvisa.
* Andra schemaläggningsalgoritmer (historisk eller nisch): Medan CFS är dominerande finns det andra algoritmer eller har funnits för specifika behov (t.ex. äldre system som används O (N) schemaläggare, mindre effektiva än CFS:s O (log N)).
3. Nyckelkoncept inom CFS:
* Virtual Runtime (VRUNTIME): CFS spårar den virtuella runtime för varje process. Detta är ett konstgjort mått på hur mycket CPU -tid en process har konsumerat. Det används för att bestämma vilken process som är mest förtjänande av CPU nästa. En process med en lägre VRUNTIME blir först schemalagd.
* vikter: Processer kan tilldelas vikter för att påverka deras andel av CPU -tiden. En högre vikt betyder en större andel. Detta tillåter prioritering av specifika processer.
* fina värden: Användarutrymme kan påverka processplaneringsprioriteringar genom * fina * värden. Ett lägre trevligt värde (t.ex. -20) ger en process högre prioritet, medan ett högre trevligt värde (t.ex. 19) ger det lägre prioritet. Detta påverkar den vikt som tilldelats processen.
* Timeslices: Även om det inte uttryckligen definieras som i vissa äldre system, hanterar CFS implicit tidsskikt. Processer körs tills deras Vruntime indikerar att de har haft en rättvis andel. Längden på en "tidslic" är därför dynamisk.
* runqueue: Varje CPU -kärna upprätthåller sin egen runqueue, en datastruktur som håller processerna redo att köra på den kärnan.
* Förehållning: CFS använder förebyggande schemaläggning. En högre prioriteringsprocess kan när som helst avbryta en lägre prioriteringsprocess.
4. Interaktioner med andra kärnkomponenter:
Schemaläggaren interagerar nära med andra delar av kärnan, inklusive:
* Avbrottshantering: Avbrott kan utlösa kontextomkopplare, vilket potentiellt kan ändra den för närvarande körprocessen.
* Minneshantering: Schemaläggaren måste veta om minnesstatusen för processer för att undvika schemaläggningsprocesser som är blockerade och väntar på minnet.
* i/o Subsystem: När en process utför I/O -operationer (t.ex. läsning från en disk) kommer schemaläggaren att byta till en annan process. Schemaläggaren interagerar också med I/O -schemaläggaren för att hantera disk I/O -effektivitet.
5. Schemaläggning i realtid:
För applikationer som kräver garanterade responstider (t.ex. industriella kontrollsystem) tillhandahåller Linux schemaläggningsalternativ i realtid. Dessa använder vanligtvis olika algoritmer (t.ex. schemaläggning av tidsfrist) som prioriterar realtidsprocesser och garanterar deras snabba körning.
Sammanfattningsvis är Linuxs tidsdelningsprocessplanering ett sofistikerat system som dynamiskt balanserar rättvisa, effektivitet och lyhördhet. CFS -algoritmen, tillsammans med dess stödjande datastrukturer och interaktioner med andra kärnkomponenter, ger en robust och adaptiv strategi för att hantera flera processer samtidigt. Att förstå nyanserna av CFS och annan schemaläggningspolicy är avgörande för att optimera prestanda och resursanvändning i Linux -system.
