陈香兰 xlanchen@ustc.edu.cn 助教：陈博、李春华 Spring 2009 嵌入式操作系统 陈香兰 xlanchen@ustc.edu.cn 助教：陈博、李春华 Spring 2009

Embedded Operating Systems 进程调度 调度策略 调度算法 xlanchen@2008.4.11 Embedded Operating Systems

Embedded Operating Systems 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 xlanchen@2008.4.11 Embedded Operating Systems

Embedded Operating Systems 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 xlanchen@2008.4.11 Embedded Operating Systems

Embedded Operating Systems 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 典型的实时进程：视频/音频、机械控制等 xlanchen@2008.4.11 Embedded Operating Systems

Embedded Operating Systems 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 xlanchen@2008.4.11 Embedded Operating Systems

Embedded Operating Systems 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↓ xlanchen@2008.4.11 Embedded Operating Systems

Embedded Operating Systems 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 xlanchen@2008.4.11 Embedded Operating Systems

Embedded Operating Systems 采用常规分时时，时间片的选择 时间片的长短对系统性能非常关键，它既不能太长也不能太短 太短： 频繁的切换会造成系统开销过大 假如切换时间为1ms，时间片设置为1ms，那就没空执行进程了 xlanchen@2008.4.11 Embedded Operating Systems

Embedded Operating Systems 太长 几乎每个进程都一次运行完 并发的概念基本消失 普通进程需要等待很长时间才能运行 时间片大小的选择总是一种折衷。Linux采取单凭经验的方法，即选择尽可能长的时间片，同时能保持良好的响应时间 xlanchen@2008.4.11 Embedded Operating Systems

Embedded Operating Systems 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 xlanchen@2008.4.11 Embedded Operating Systems

Linux 2.6.26中的 调度策略：Policy，调度类型 在task_struct中，使用数据项policy来表达该进程采用的调度策略 xlanchen@2008.4.11 Embedded Operating Systems

Embedded Operating Systems 查看各个policy的使用情况 xlanchen@2008.4.11 Embedded Operating Systems

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Embedded Operating Systems 调度类型 阅读const struct sched_class，调度类 rt_sched_class fair_sched_class idle_sched_class fair_sched_class idle_sched_class rt_sched_class xlanchen@2008.4.11 Embedded Operating Systems

Embedded Operating Systems 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 xlanchen@2008.4.11 Embedded Operating Systems

Embedded Operating Systems Linux2.6.26中的优先级 优先数范围为0～139，其中0～99为实时优先数 普通任务和批处理任务的优先数在100～139之间 优先数越大，优先级越低。 xlanchen@2008.4.11 Embedded Operating Systems

Embedded Operating Systems Linux2.6.26中的nice值 Nice值用来调整进程的优先级 Nice值的范围在-20~19之间。 xlanchen@2008.4.11 Embedded Operating Systems

Thanks！ The end.

Embedded Operating Systems 以下内容作为参考：2.4的调度算法 epoch linux调度算法把CPU时间划分为时期（epoch） 在一个单独的时期内，每个进程有一个指定的时间片 一个进程用完它的时间片时，就会被强占 只要进程的时间片没有用完，就可以被多次调度运行 当所有的进程用完它的时间片的时候，一个时期才结束，此时要重新计算所有进程的时间片，并重新开始一个新的时期 xlanchen@2008.4.11 Embedded Operating Systems

Embedded Operating Systems 基本时间片（base time quantum） 每个进程有一个基本时间片 可以通过nice、setpriority系统调用调整进程的基本时间片 新进程总是继承父进程的基本时间片 时间片的计算公式： nice缺省为0（在-20到19之间选择） 通常，基本时间片的值 为6，由于时钟中断大约10ms左右， 因此基本时间片的长度大约60ms xlanchen@2008.4.11 Embedded Operating Systems

Embedded Operating Systems 2.4调度程序使用的数据结构 进程描述符中： need_resched：是否需要调度 policy：调度策略 普通的分时进程 先入先出的实时进程 循环轮转的实时进程 当一个进程自动放弃运行时设置 xlanchen@2008.4.11 Embedded Operating Systems

Embedded Operating Systems rt_priority：实时进程的静态优先级，普通进程不用 counter：当前剩余时间片 新时期开始时根据上述计算公式计算 每次时钟中断发生，时间片都会-1，直到为0（则请求调度） 创建一个新的进程时，子进程会继承父进程的一半剩余时间片 nice：对时间片进行调节 xlanchen@2008.4.11 Embedded Operating Systems

Embedded Operating Systems schedule函数 schedule函数实现调度 目的：在运行队列中找到一个进程，把CPU分配给它 调用方法： 直接调用，如sleep_on 松散调用，根据need_resched标记 阅读schedule函数，了解如何区分实时和非实时进程 xlanchen@2008.4.11 Embedded Operating Systems

Embedded Operating Systems 2.4调度算法的性能 不适合进程数量很大的情况 重新计算所有进程的动态优先级很耗时 对高负载系统来说，预定义的时间片太长 对于I/O密集型的程序不是很有利 对实时应用的支持是微弱的 xlanchen@2008.4.11 Embedded Operating Systems

Embedded Operating Systems 2.6.17中的优先级队列 优先级队列的组织 双队列：active和expired xlanchen@2008.4.11 Embedded Operating Systems