linuxcpu調度

1. linux調度演算法的核心思想是什麼

第一部分：實時調度演算法

什麼是實時系統，POSIX 1003.b作了這樣的定義：是指系統可以在有限響應時間內提供所需的服務級別。較可取被定義為由Donald喬利士的的：一個實時系統的程序的邏輯正確性不僅取決於計算的准確度，而且還對結果，如果系統時間的限制不能滿足將是一個系統錯誤發生。

基於實時系統的實時性要求的不同，可分為軟實時和硬實時兩種。硬實時系統是指系統必須確保，在最壞情況下的服務時間，截止日期為事件的響應時間是在任何情況下，必須滿足。如航天飛船的控制是這樣一個系統的現實。所有其他實時系統的特點，可以稱為軟實時系統。如果清除，軟實時系統是那些從統計學的角度來看，一個任務（在下面的討論中，我們將有任務和過程不作出區分），以確保系統的處理時間，可以得到事件可以處理的最後期限到來之前，違反的最後期限，並不會帶來一個致命的錯誤，如實時多媒體系統是一種軟實時系統。

一台電腦系統的CPU和其他資源進行有效的調度和管理，以提供實時操作系統的支持。的多任務的實時系統中，資源的調度和管理更復雜的。下面討論本文將從各種實時任務調度演算法的分類的角度來看，普通的Linux操作系統進程調度和各種實時Linux系統，然後研究，以支持實時特點，普通的Linux系統的改進。實時領域的一些問題，並總結了各種實時Linux的Linux操作系統，歸根到底是如何解決這些問題。

CPU的實時調度演算法的分類

多種實時操作系統的實時調度演算法可以分為以下三類Wang99] [Gopalan01]：基於優先順序調度演算法（優先順序驅動調度PD），基於在共享的CPU使用率調度演算法（分享驅動調度SD）的比例，以及基於時間的進程調度演算法（時間驅動調度TD），下面這三種調度演算法逐一介紹。

1.1

/>基於優先順序的調度演算法，基於優先順序的調度演算法，每個進程被分配一個優先順序，每次的進程調度程序，調度程序總是具有最高的調度優先順序的任務執行。根據不同的優先順序分配方法，基於優先順序的調度演算法可以分為以下兩種類型的Krishna01] [Wang99]：靜態優先順序調度演算法

該演算法得到這些系統中運行的所有進程都靜態分配一個優先順序。靜態優先順序分配的屬性的應用程序，如任務循環中的用戶優先順序，或其他預先確定的政策。 RM（速率單調）的調度演算法是一個典型的靜態優先順序的調度演算法，根據執行的任務的調度優先順序的周期的長度確定，那些具有小的執行周期的任務的優先順序較高。

動態優先順序調度演算法：

該演算法基於任務的資源需求動態地分配任務的優先順序，資源分配和調度的目的更大的靈活性。非實時系統，這種演算法有很多，如短作業優先順序調度演算法。任務的實時調度演算法，EDF演算法是使用最廣泛的動態優先順序調度演算法，該演算法根據他們的截止日期（截止日期）分配優先順序的就緒隊列中的每個任務，最近期限具有最高的優先順序。

1.2

基於優先順序調度演算法的調度演算法是簡單而有效的，但這種演算法的基礎上按比例份額是一個硬實時調度，許多的情況下，不適合使用此演算法：例如，軟實時應用，如實時多媒體會議系統。對於軟實時應用程序，共享資源調度演算法（SD演算法）的比例使用是更合適的。

比例共享調度演算法是指對CPU使用率的比例共享調度演算法，其基本思路是按照一定的權重（比率），需要一組調度安排任務，以使它們的權重成比例的執行時間。

要實現比例共享調度演算法[Nieh01]有兩種方法：第一種方法是調整的准備過程中出現的調度隊列隊第一頻率，並安排一線隊的過程中，執行第二種方法是連續調度進程就緒隊列中投產，但根據調整分配一個進程的運行時間片分配的權重。

比例共享調度演算法可以分為以下類別：循環賽，公平份額，公平排隊，的彩票調度方法，（彩票）。

比例共享調度演算法的一個問題是，它並沒有定義任何優先的概念，所有的任務都根據其應用的CPU資源的比例共享系統過載時，執行的所有任務將較慢比例。因此，為了確保該系統的實時過程中獲得一定量的CPU處理時間，一般採用的是動態權重的調整過程。

1.3。基於時間進程調度演算法的調度演算法

對於那些具有穩定，簡單的系統已知輸入，您可以使用時間驅動（驅動時間時間：TD）數據處理，它可以提供一個良好的預測。這種調度演算法本質上是一個設計定型的離線靜態調度方法。在系統的設計階段，所有處理的情況下，在明確的制度，每個任務切換的開始和結束的時間提前做出了明確的安排和設計。該演算法是適用於小型嵌入式系統，自動化控制系統，感測器和其他應用環境。

該演算法的優勢是良好的可預測性任務的執行，但最大的缺點是缺乏靈活性，而且會有一個任務需要執行，而CPU保持空閑。

一般的Linux系統CPU調度

一般的Linux系統支持實時和非實時兩種進程，實時進程與普通進程方面具有絕對的優先權。相應地，實時進程調度策略SCHED_FIFO或SCHED_RR，普通進程SCHED_OTHER調度策略。

每個任務調度演算法的實現在Linux四種調度參數，它們是rt_priority優先政策（尼斯），計數器。調度進程調度的基礎上，這四個參數。

SCHED_OTHER調度策略，調度程序總是會選擇優先順序+計數器的值進程調度的執行。從邏輯分析存在SCHED_OTHER調度策略調度處理來執行，其特徵在於，所述優先順序是一個固定的調度周期（歷元），在每個調度周期內的過程中的優先順序，計數器的值的大小的影響這一刻已經確定變數值的過程中被創建時，它代表了進程的優先順序，也代表數量的時間片，通過該方法可以得到在每個調度周期內，計數器是一個動態值，它反映了當前調度周期的過程中，剩餘的時間片。在每個調度周期的開始，分配給優先順序值計數器，那麼每一次進程被調度運行計數器的值？減少。當計數器的值是零，這個過程已經運行的時間片調度期內，不再參與調度周期進程調度。當所有的進程都用完了時間片調度期結束，然後一遍又一遍。此外，可以看出在Linux系統中的調度周期是不固定的，它的量是動態變化的，例如，在運行的進程的數目和它們的優先順序值？可以影響一個劃時代的長度。有一點值得注意的是，在2.4內核中，首要任務是不錯的替換兩個類似的作用。

按比例分擔的調度策略調度策略SCHED_OTHER可見的性質，它的這種設計方法，以確保進程調度的公平性 - 一個低優先順序進程，在每個時代也將得到他們的份額那些CPU的執行時間，此外，它也提供了不同的進程的優先順序，進程執行時間可以得到更多的具有高優先順序值。

對於實時的過程中，他們使用基於實時優先順序rt_priority的優先順序調度策略，但相同的實時優先順序的進程調度方法是根據不同的調度策略，

BR /> SCHED_FIFO：不同的進程，根據靜態優先順序排隊，然後在相同的優先順序隊列，先准備好運行的第一誰調度和運行的進程不會被終止，直到發生以下情況：1。高優先順序的進程篡奪了CPU;自己的資源請求受阻;自己主動放棄CPU（呼叫SCHED_YIELD）;

SCHED_RR是這樣的：這個調度策略SCHED_FIFO與上述完全相同，除了時間片分配給每個進程，正在實施的過程中，給執行時間片，時間片的長度可以通過sched_rr_get_interval調用

由於Linux系統本身是一個桌面導向的系統，因此，它是用於在實時應用中的一些問題：/> /> Linux系統調度單位是10ms，所以它不能提供精確的定時中斷; p>當一個進程調用系統調用進入內核模式運行，它不能被搶占;

Linux內核實現大量採用了封閉中斷操作損失;

由於使用虛擬內存技術，當發生頁面錯誤時，從硬碟中讀取的數據交換的需要，但硬碟讀取和寫入的存儲位置的隨機性，將導致隨機讀取和寫入時間，這在某些情況下，會影響實時任務期限;

雖然Linux的進程調度器還支持實時優先順序，但由於缺乏有效的實時任務調度機制和調度演算法;其網路子協議處理和其它設備的中斷處理，調度伴有相應的過程和自己的有沒有明確的調度機制;

各種實時Linux系統
Home>的的

3.1 RT-Linux和RTAI

RT-Linux是新墨西哥大學的研究（新墨西哥州技術學院）[RTLinuxWeb] [Barabanov97。其基本思路是，在Linux系統上的硬實時支持，它實現了一個微內核實時操作系統（也被稱為RT-Linux的實時子系統），而普通的Linux系統作為一個低優先順序任務在操作系統中運行。在正常的Linux系統的另一個任務可以溝通，通過FIFO和實時任務。 RT-Linux的框架如圖1所示：

圖1 RT-Linux的結構

RT-Linux的關鍵技術是軟體模擬硬體中斷控制器。當Linux系統不時阻止CPU中斷，實時定量RT-Linux的子系統的請求攔截，愛不釋手，而事實上並沒有真正阻止硬體中斷，從而避免了由於中斷造成的封由系統在一段時間內沒有響應，從而在改進的實時。當傳遞給Linux內核的RT-Linux的一個硬體中斷到達截取的中斷，並確定是否有一個實時子系統中斷常式來處理或處理。此外，的最小定時的精度在正常的Linux系統是確定系統的實時時鍾的頻率，Linux的系統時鍾被設置到時鍾中斷每秒100，所以在Linux的系統定時的精度10毫秒，即時鍾周期10ms時，RT-Linux的實時時鍾設置為單觸發狀態，可以提供更多的十幾微秒調度粒度。

RT-Linux實時子系統的任務調度優先順序驅動演算法，RM，EDF等，也可用於其他調度演算法。

RT-Linux的專有系統，重型工作，的確是一個不錯的選擇，但他只提供了CPU資源的調度和實時系統和Linux系統的關系不是非常密切，因此開發人員可以充分利用已在Linux系統中，如協議棧實現的功能。 RT-Linux的工業控制等實時任務簡單和硬實時要求的環境，但大量的工作需要做，如果你想應用的多媒體處理。

義大利實時應用程序介面（RTAI）來自RT-Linux的，它是在設計和RT-Linux的思想相同。這是原來的設計中，為了解決問題，RT-Linux的不同版本的Linux之間很難很難移植，RTAI在Linux上定義的實時硬體抽象層，這個抽象層介面提供實時任務Linux系統的相互作用，這可以增加一點可以Linux內核源代碼到Linux內核的實時支持。

3.2。 KURT-Linux的

KURT-Linux的堪薩斯大學開發的，它可以提供實時微秒精度[KurtWeb] [斯里尼瓦桑]。與RT-Linux的單獨實現一個實時內核，KURT-Linux是常用的Linux系統的基礎上實現的，這也是第一個基於Linux的實時系統可以使用普通的Linux系統調用。

KURT-Linux系統分為三種狀態：正常狀態，實時狀態和混合狀態，在正常狀態下，它使用普通的Linux實時運行狀態實時調度策略任務，實時和非實時任務的混合狀態，可以執行實時狀態可以被用來為實時的要求更加嚴格。

為了提高Linux系統的實時特性，有必要提高精度的時鍾系統的支持。但是，如果只是簡單地增加時鍾頻率將導致調度負載的增加，從而嚴重降低系統的性能。為了解決這個矛盾，KURT-Linux中使用的時鍾精度的方法[UTIMEWeb]提高Linux系統UTIME，時鍾晶元設置為單次觸發狀態（單拍模式），也就是每個時鍾晶元設置超時，然後再次超時事件發生時，在時鍾中斷的處理程序所需的時鍾晶元設置一個超時。其基本思想是一個精確的時間意味著我們需要的時鍾中斷發生時，我們需要一個更精確的時間，以達到這樣的精度，但並不一定需要系統時鍾頻率。它採用了CPU時鍾計數器時間戳計數器（TSC）提供准確的CPU頻率精度的時間。

KURT-Linux的實時任務調度，使用靜態CPU的實時調度演算法，基於時間（TD）。實時任務需要實時事件發生在設計階段就必須清楚列明。該演算法可以實現更好的調度任務，對於那些誰周期。

KURT-Linux的相RT-Linux的優勢之一是，你可以使用系統調用的Linux系統，它最初是專為硬實時支持，但因為它是簡單的實現將使用一個簡單的時間驅動調度取代Linux的調度，實時進程調度的影響等非實時任務，在某些情況下會發生實時任務的截止日期是脆弱的不符合的，也被稱為嚴格的實時系統（快地實時）。基於KURT-Linux的應用程序：藝術（ATM參考交通系統），多媒體播放軟體。 KURT-Linux的另一種方法，需要頻繁的時鍾晶元編程。

3.3。 RED-Linux的

RED-Linux是加州大學爾灣，實時Linux系統的發展[REDWeb] [Wang99]，它將支持實時調度和Linux實現相同的操作系統內核。它支持三種類型的調度演算法，即：時間驅動優先Dirven，分享驅動。

為了提高系統的調度粒度，RED-Linux的學習RT-Linux的軟體模擬中斷的管理機制，並增加頻率的時鍾中斷。 RED-Linux的中斷模擬程序只是簡單地中斷會在隊列中排隊一個硬體中斷到來時，並沒有進行實際的中斷處理程序。

另外，為了解決Linux的內核模式的過程中不能被中斷，RED-Linux的插入Linux內核搶占點原語的眾多功能，使這一進程在內核模式下，也在一定程度上被搶占。通過這種方法提高了內核的實時特性。

RED-Linux的設計目標是提供常規調度框架可以支持多種調度演算法，系統為每個任務增加幾個屬性，進程調度的基礎上：

優先順序：作業的優先順序;

開始時間：工作的開始時間;

完成時間：工作的結束時間; BR p>預算：資源的數量在操作過程中要使用的工作;

調整值？這些屬性和調度根據什麼優先使用的這些屬性值幾乎所有的調度演算法。在這種情況下，三種不同的調度演算法無縫地一起耦合到一個統一的。

2. Linux採用了哪幾種調度方法各用於哪類進程的調度

你問的是進程調度吧
Linux進程調度採用的是搶占式多任務處理，所以進程之間的掛起和繼續運行無需彼此之間的協作。
調度方式：時間片，優先順序，還有就是時間片加優先順序混合，默認是第三種

3. 現在的多核CPU，Linux操作系統是否能夠實現單個進程（多線程）的多核調度（跨CPU核心調度）

現在的技術，還是一個線程只能運行在一個 CPU 上。多核心，必須用多線程/進程來運行才能實現最大化。當然，你可以單個線程不停的在所有的 CPU 上來回跳。但是效率會很低很低。
因為 CPU 有寄存器和緩存的問題。如果你切換 CPU 運行，所有的數據都要進行一次傳遞。非常浪費時鍾（在 CPU 上，程序執行不是一個時鍾馬上就能任意執行一個指令，而是流水線作業，一個指令需要很多個時鍾才能處理完，數據存取也都要等）。

這也因為程序原本就都是順序執行的。你沒辦法讓一個程序的後面的結果可以跳過前面的結果而得出。
當然，現在 CPU 確實有這種技術，叫做亂序執行。也就是當前面的過程還沒有計算時，後面的指令先計算。但是這種事情是要靠猜測的，而且這也僅僅是分支預測，依然不能預測某個計算的結果。即便猜的再准確，也有錯的時候。奔騰4 最老的版本就有這個問題，流水線太長。計算後發現錯了。整條流水線需要清空重新計算。有嚴重性能問題的奔騰4 CPU ，流水線長度是 31 級。也就是一個程序至少 31 個時鍾周期才能從推到流水線後到真正執行。直接浪費了 31 個時鍾周期。

所以目前的技術來說，單線程多核新協同計算，技術上不可能實現。
提高性能，就是整理數據處理的演算法，把多次重復計算的過程，拆成多條線程分別計算。從而保證 CPU 多核新的效率最大化。每個線程可以共享同一塊數據，自己讀取自己的數據計算使可以的。不過，這時候就有另外一個問題，數據定址和傳遞的性能問題。

4. linux下怎麼查看cpu的調度

檢查cpu頻率的方法如下；

查看 /proc/cpuinfo ，這個虛擬文件展示的是可用CPU硬體的配置。

通過查看這個文件，你能識別出物理處理器數（插槽），每個CPU核心數，可用的CPU標志寄存器以及其它東西的數量。

cpuid命令的功能就相當於一個專用的CPU信息工具，它能通過使用CPUID功能來顯示詳細的關於CPU硬體的信息。

信息報告包括處理器類型/家族、CPU擴展指令集、緩存/TLB（譯者註：傳輸後備緩沖器）配置、電源管理功能等等。

網頁鏈接由於電腦代碼復雜，具體配圖可參考此鏈接。

Linux是一套免費使用和自由傳播的類Unix操作系統，是一個基於POSIX和UNIX的多用戶，多任務，支持多線程和多CPU的操作系統。它能運行主要的UNIX工具軟體，應用程序和網路協議。它支持32位和64位硬體。Linux繼承了Unix以網路為核心的設計思想，是一個性能穩定的多用戶網路操作系統。

5. linux內核怎麼調度系統

1.調度器的概述

多任務操作系統分為非搶占式多任務和搶占式多任務。與大多數現代操作系統一樣，Linux採用的是搶占式多任務模式。這表示對CPU的佔用時間由操作系統決定的，具體為操作系統中的調度器。調度器決定了什麼時候停止一個進程以便讓其他進程有機會運行，同時挑選出一個其他的進程開始運行。

2.調度策略

在Linux上調度策略決定了調度器是如何選擇一個新進程的時間。調度策略與進程的類型有關，內核現有的調度策略如下：

#define SCHED_NORMAL 0#define SCHED_FIFO 1#define SCHED_RR 2#define SCHED_BATCH 3/* SCHED_ISO: reserved but not implemented yet */#define SCHED_IDLE 5

0: 默認的調度策略，針對的是普通進程。
1：針對實時進程的先進先出調度。適合對時間性要求比較高但每次運行時間比較短的進程。
2：針對的是實時進程的時間片輪轉調度。適合每次運行時間比較長得進程。
3：針對批處理進程的調度，適合那些非交互性且對cpu使用密集的進程。
SCHED_ISO：是內核的一個預留欄位，目前還沒有使用
5：適用於優先順序較低的後台進程。
註：每個進程的調度策略保存在進程描述符task_struct中的policy欄位

3.調度器中的機制

內核引入調度類（struct sched_class）說明了調度器應該具有哪些功能。內核中每種調度策略都有該調度類的一個實例。（比如：基於公平調度類為：fair_sched_class，基於實時進程的調度類實例為：rt_sched_class），該實例也是針對每種調度策略的具體實現。調度類封裝了不同調度策略的具體實現，屏蔽了各種調度策略的細節實現。
調度器核心函數schele()只需要調用調度類中的介面，完成進程的調度，完全不需要考慮調度策略的具體實現。調度類連接了調度函數和具體的調度策略。

• 武特師兄關於sche_class和sche_entity的解釋，一語中的。

• 調度類就是代表的各種調度策略，調度實體就是調度單位，這個實體通常是一個進程，但是自從引入了cgroup後，這個調度實體可能就不是一個進程了，而是一個組

4.schele()函數

linux 支持兩種類型的進程調度，實時進程和普通進程。實時進程採用SCHED_FIFO 和SCHED_RR調度策略，普通進程採用SCHED_NORMAL策略。
preempt_disable()：禁止內核搶占
cpu_rq（）：獲取當前cpu對應的就緒隊列。
prev = rq->curr;獲取當前進程的描述符prev
switch_count = &prev->nivcsw;獲取當前進程的切換次數。
update_rq_clock() ：更新就緒隊列上的時鍾
clear_tsk_need_resched()清楚當前進程prev的重新調度標志。
deactive_task():將當前進程從就緒隊列中刪除。
put_prev_task() :將當前進程重新放入就緒隊列
pick_next_task():在就緒隊列中挑選下一個將被執行的進程。
context_switch():進行prev和next兩個進程的切換。具體的切換代碼與體系架構有關，在switch_to()中通過一段匯編代碼實現。
post_schele():進行進程切換後的後期處理工作。

5.pick_next_task函數

選擇下一個將要被執行的進程無疑是一個很重要的過程，我們來看一下內核中代碼的實現
對以下這段代碼說明：
1.當rq中的運行隊列的個數(nr_running)和cfs中的nr_runing相等的時候，表示現在所有的都是普通進程，這時候就會調用cfs演算法中的pick_next_task(其實是pick_next_task_fair函數)，當不相等的時候，則調用sched_class_highest(這是一個宏，指向的是實時進程)，這下面的這個for(;;)循環中，首先是會在實時進程中選取要調度的程序（p = class->pick_next_task(rq);）。如果沒有選取到，會執行class=class->next;在class這個鏈表中有三種類型（fair,idle,rt）.也就是說會調用到下一個調度類。

• static inline struct task_struct *pick_next_task(struct rq *rq){ const struct sched_class *class; struct task_struct *p; /*


• * Optimization: we know that if all tasks are in


• * the fair class we can call that function directly:


• *///基於公平調度的普通進程


• if (likely(rq->nr_running == rq->cfs.nr_running)) {


• p = fair_sched_class.pick_next_task(rq); if (likely(p)) return p;


• }//基於實時調度的實時進程


• class = sched_class_highest; for ( ; ; ) {


• p = class->pick_next_task(rq); //實時進程的類


• if (p) return p; /*


• * Will never be NULL as the idle class always


• * returns a non-NULL p:


• */


• class = class->next; //rt->next = fair; fair->next = idle


• }


• }



在這段代碼中體現了Linux所支持的兩種類型的進程，實時進程和普通進程。回顧下：實時進程可以採用SCHED_FIFO 和SCHED_RR調度策略，普通進程採用SCHED_NORMAL調度策略。
在這里首先說明一個結構體struct rq,這個結構體是調度器管理可運行狀態進程的最主要的數據結構。每個cpu上都有一個可運行的就緒隊列。剛才在pick_next_task函數中看到了在選擇下一個將要被執行的進程時實際上用的是struct rq上的普通進程的調度或者實時進程的調度，那麼具體是如何調度的呢？在實時調度中，為了實現O(1)的調度演算法，內核為每個優先順序維護一個運行隊列和一個DECLARE_BITMAP,內核根據DECLARE_BITMAP的bit數值找出非空的最高級優先隊列的編號，從而可以從非空的最高級優先隊列中取出進程進行運行。
我們來看下內核的實現

• struct rt_prio_array {


• DECLARE_BITMAP(bitmap, MAX_RT_PRIO+1); /* include 1 bit for delimiter */


• struct list_head queue[MAX_RT_PRIO];


• };



數組queue[i]裡面存放的是優先順序為i的進程隊列的鏈表頭。在結構體rt_prio_array 中有一個重要的數據構DECLARE_BITMAP，它在內核中的第一如下：

• define DECLARE_BITMAP(name,bits)


• unsigned long name[BITS_TO_LONGS(bits)]



5.1對於實時進程的O(1)演算法

這個數據是用來作為進程隊列queue[MAX_PRIO]的索引點陣圖。bitmap中的每一位與queue[i]對應，當queue[i]的進程隊列不為空時，Bitmap的相應位就為1，否則為0，這樣就只需要通過匯編指令從進程優先順序由高到低的方向找到第一個為1的位置，則這個位置就是就緒隊列中最高的優先順序（函數sched_find_first_bit()就是用來實現該目的的）。那麼queue[index]->next就是要找的候選進程。
如果還是不懂，那就來看兩個圖


由結果可以看出當nice的值越小的時候，其睡眠時間越短，則表示其優先順序升高了。

7.關於獲取和設置優先順序的系統調用：sched_getscheler（）和sched_setscheler

• #include <sched.h>#include <stdlib.h>#include <stdio.h>#include <errno.h>#define DEATH(mess) { perror(mess); exit(errno); }void printpolicy (int policy){ /* SCHED_NORMAL = SCHED_OTHER in user-space */



• if (policy == SCHED_OTHER) printf ("policy = SCHED_OTHER = %d ", policy); if (policy == SCHED_FIFO) printf ("policy = SCHED_FIFO = %d ", policy); if (policy == SCHED_RR) printf ("policy = SCHED_RR = %d ", policy);


• }int main (int argc, char **argv){ int policy; struct sched_param p; /* obtain current scheling policy for this process */


• //獲取進程調度的策略


• policy = sched_getscheler (0);


• printpolicy (policy); /* reset scheling policy */



• printf (" Trying sched_setscheler... ");


• policy = SCHED_FIFO;


• printpolicy (policy);


• p.sched_priority = 50; //設置優先順序為50


• if (sched_setscheler (0, policy, &p))


• DEATH ("sched_setscheler:"); printf ("p.sched_priority = %d ", p.sched_priority); exit (0);


• }



輸出結果：

• [root@wang schele]# ./get_schele_policy policy = SCHED_OTHER = 0



• Trying sched_setscheler...


• policy = SCHED_FIFO = 1


• p.sched_priority = 50



可以看出進程的優先順序已經被改變。

6. linux 調整CPU程序調度的幾種方法

一，使用taskset充分利用多核cpu，讓cpu的使用率均衡到每個cpu上
#taskset
-p, 設定一個已存在的pid，而不是重新開啟一個新任務
-c, 指定一個處理，可以指定多個，以逗號分隔，也可指定范圍，如：2,4,5,6-8。
1，切換某個進程到指定的cpu上
taskset -cp 3 13290
2，讓某程序運行在指定的cpu上
taskset -c 1,2,4-7 tar jcf test.tar.gz test
需要注意的是，taskset -cp 3 13290在設定一個已經存在的pid時，子進程並不會繼承父進程的，
因此像tar zcf xxx.tar.gz xxx這樣的命令，最好在啟動時指定cpu，如果在已經啟動的情況下，則需要指定tar調用的gzip進程。
二，使用nice和renice設置程序執行的優先順序
格式：nice [-n 數值] 命令
nice 指令可以改變程序執行的優先權等級。指令讓使用者在執行程序時，指定一個優先等級，稱之為 nice 值。
這個數值從最高優先順序的-20到最低優先順序的19。負數值只有 root 才有權力使。
一般使用者，也可使用 nice 指令來做執行程序的優先順序管理，但只能將nice值越調越高。
可以通過二種方式來給某個程序設定nice值：
1，開始執行程序時給定一個nice值，用nice命令
2，調整某個運行中程序的PID的nice值，用renice命令
通常通過調高nice值來備份，為的是不佔用非常多的系統資源。
例：
nice -n 10 tar zcf test.tar.gz test
由nice啟動的程序，其子進程會繼承父進程的nice值。
查看nice值
# nice -n -6 vim test.txt &
# ps -l
F S UID PID PPID C PRI NI ADDR SZ WCHAN TTY TIME CMD
4 S 0 19427 2637 0 75 0 – 16551 wait pts/6 00:00:00 bash
4 T 0 21654 19427 0 71 -6 – 23464 finish pts/6 00:00:00 vim
renice調整運行中程序的nice值
格式：renice [nice值] PID
三，使用ulimit限制cpu佔用時間
注意，ulimit 限制的是當前shell進程以及其派生的子進程。因此可以在腳本中調用ulimit來限制cpu使用時間。
例如，限制tar的cpu佔用時間，單位秒。
# cat limit_cpu.sh
ulimit -SHt 100
tar test.tar.gz test
如果tar佔用時間超過了100秒，tar將會退出，這可能會導致打包不完全，因此不推薦使用ulimit對cpu佔用時間進行限制。
另外，通過修改系統的/etc/security/limits配置文件，可以針對用戶進行限制。
四，使用程序自帶的對cpu使用調整的功能
某些程序自帶了對cpu使用調整的功能，比如nginx伺服器，通過其配置文件，可以為工作進程指定cpu，如下：
worker_processes 3;
worker_cpu_affinity 0001 0010 0100 1000;
這里0001 0010 0100 1000是掩碼，分別代表第1、2、3、4顆cpu核心，這就使得cpu的使用比較平均到每個核心上。

7. linux系統性能怎麼優化

linux系統性能怎麼優化
一、前提
我們可以在文章的開始就列出一個列表，列出可能影響Linux操作系統性能的一些調優參數，但這樣做其實並沒有什麼價值。因為性能調優是一個非常困難的任務，它要求對硬體、操作系統、和應用都有著相當深入的了解。如果性能調優非常簡單的話，那些我們要列出的調優參數早就寫入硬體的微碼或者操作系統中了，我們就沒有必要再繼續讀這篇文章了。正如下圖所示，伺服器的性能受到很多因素的影響。
當面對一個使用單獨IDE硬碟的，有20000用戶的資料庫伺服器時，即使我們使用數周時間去調整I/O子系統也是徒勞無功的，通常一個新的驅動或者應用程序的一個更新(如SQL優化)卻可以使這個伺服器的性能得到明顯的提升。正如我們前面提到的，不要忘記系統的性能是受多方面因素影響的。理解操作系統管理系統資源的方法將幫助我們在面對問題時更好的判斷應該對哪個子系統進行調整。
二、Linux的CPU調度
任何計算機的基本功能都十分簡單，那就是計算。為了實現計算的功能就必須有一個方法去管理計算資源、處理器和計算任務(也被叫做線程或者進程)。非常感謝Ingo Molnar，他為Linux內核帶來了O(1)CPU調度器，區別於舊有的O(n)調度器，新的調度器是動態的，可以支持負載均衡，並以恆定的速度進行操作。
新調度器的可擴展性非常好，無論進程數量或者處理器數量，並且調度器本身的系統開銷更少。新調取器的演算法使用兩個優先順序隊列。
引用
・活動運行隊列
・過期運行隊列
調度器的一個重要目標是根據優先順序許可權有效地為進程分配CPU 時間片，當分配完成後它被列在CPU的運行隊列中，除了 CPU 的運行隊列之外，還有一個過期運行隊列。當活動運行隊列中的一個任務用光自己的時間片之後，它就被移動到過期運行隊列中。在移動過程中，會對其時間片重新進行計算。如果活動運行隊列中已經沒有某個給定優先順序的任務了，那麼指向活動運行隊列和過期運行隊列的指針就會交換，這樣就可以讓過期優先順序列表變成活動優先順序的列表。通常互動式進程(相對與實時進程而言)都有一個較高的優先順序，它佔有更長的時間片，比低優先順序的進程獲得更多的計算時間，但通過調度器自身的調整並不會使低優先順序的進程完全被餓死。新調度器的優勢是顯著的改變Linux內核的可擴展性，使新內核可以更好的處理一些有大量進程、大量處理器組成的企業級應用。新的O(1)調度器包含仔2.6內核中，但是也向下兼容2.4內核。
新調度器另外一個重要的優勢是體現在對NUMA(non-uniform memory architecture)和SMP(symmetric multithreading processors)的支持上，例如INTEL@的超線程技術。
改進的NUMA支持保證了負載均衡不會發生在CECs或者NUMA節點之間，除非發生一個節點的超出負載限度。
三、Linux的內存架構
今天我們面對選擇32位操作系統還是64位操作系統的情況。對企業級用戶它們之間最大的區別是64位操作系統可以支持大於4GB的內存定址。從性能角度來講，我們需要了解32位和64位操作系統都是如何進行物理內存和虛擬內存的映射的。
在上面圖示中我們可以看到64位和32位Linux內核在定址上有著顯著的不同。
在32位架構中，比如IA-32，Linux內核可以直接定址的范圍只有物理內存的第一個GB(如果去掉保留部分還剩下896MB)，訪問內存必須被映射到這小於1GB的所謂ZONE_NORMAL空間中，這個操作是由應用程序完成的。但是分配在ZONE_HIGHMEM中的內存頁將導致性能的降低。
在另一方面，64位架構比如x86-64(也稱作EM64T或者AMD64)。ZONE_NORMAL空間將擴展到64GB或者128GB(實際上可以更多，但是這個數值受到操作系統本身支持內存容量的限制)。正如我們看到的，使用64位操作系統我們排除了因ZONE_HIGHMEM部分內存對性能的影響的情況。
實際中，在32位架構下，由於上面所描述的內存定址問題，對於大內存，高負載應用，會導致死機或嚴重緩慢等問題。雖然使用hugemen核心可緩解，但採取x86_64架構是最佳的解決辦法。
四、虛擬內存管理
因為操作系統將內存都映射為虛擬內存，所以操作系統的物理內存結構對用戶和應用來說通常都是不可見的。如果想要理解Linux系統內存的調優，我們必須了解Linux的虛擬內存機制。應用程序並不分配物理內存，而是向Linux內核請求一部分映射為虛擬內存的內存空間。如下圖所示虛擬內存並不一定是映射物理內存中的空間，如果應用程序有一個大容量的請求，也可能會被映射到在磁碟子系統中的swap空間中。
另外要提到的是，通常應用程序不直接將數據寫到磁碟子系統中，而是寫入緩存和緩沖區中。Bdflush守護進程將定時將緩存或者緩沖區中的數據寫到硬碟上。
Linux內核處理數據寫入磁碟子系統和管理磁碟緩存是緊密聯系在一起的。相對於其他的操作系統都是在內存中分配指定的一部分作為磁碟緩存，Linux處理內存更加有效，默認情況下虛擬內存管理器分配所有可用內存空間作為磁碟緩存，這就是為什麼有時我們觀察一個配置有數G內存的Linux系統可用內存只有20MB的原因。
同時Linux使用swap空間的機制也是相當高效率的，如上圖所示虛擬內存空間是由物理內存和磁碟子系統中的swap空間共同組成的。如果虛擬內存管理器發現一個已經分配完成的內存分頁已經長時間沒有被調用，它將把這部分內存分頁移到swap空間中。經常我們會發現一些守護進程，比如getty，會隨系統啟動但是卻很少會被應用到。這時為了釋放昂貴的主內存資源，系統會將這部分內存分頁移動到swap空間中。上述就是Linux使用swap空間的機制，當swap分區使用超過50%時，並不意味著物理內存的使用已經達到瓶頸了，swap空間只是Linux內核更好的使用系統資源的一種方法。
簡單理解：Swap usage只表示了Linux管理內存的有效性。對識別內存瓶頸來說，Swap In/Out才是一個比較又意義的依據，如果Swap In/Out的值長期保持在每秒200到300個頁面通常就表示系統可能存在內存的瓶頸。下面的事例是好的狀態：
引用
# vmstat
procs ———–memory————- —swap– —–io—- –system– —-cpu—-
r b swpd free buff cache si so bi bo in cs us sy id wa
1 0 5696 6904 28192 50496 0 0 88 117 61 29 11 8 80 1
五、模塊化的I/O調度器
就象我們知道的Linux2.6內核為我們帶來了很多新的特性，這其中就包括了新的I/O調度機制。舊的2.4內核使用一個單一的I/O調度器，2.6 內核為我們提供了四個可選擇的I/O調度器。因為Linux系統應用在很廣闊的范圍里，不同的應用對I/O設備和負載的要求都不相同，例如一個筆記本電腦和一個10000用戶的資料庫伺服器對I/O的要求肯定有著很大的區別。
引用
(1).Anticipatory
anticipatory I/O調度器創建假設一個塊設備只有一個物理的查找磁頭(例如一個單獨的SATA硬碟)，正如anticipatory調度器名字一樣，anticipatory調度器使用「anticipatory」的演算法寫入硬碟一個比較大的數據流代替寫入多個隨機的小的數據流，這樣有可能導致寫 I/O操作的一些延時。這個調度器適用於通常的一些應用，比如大部分的個人電腦。
(2).Complete Fair Queuing (CFQ)
Complete Fair Queuing(CFQ)調度器是Red Flag DC Server 5使用的標准演算法。CFQ調度器使用QoS策略為系統內的所有任務分配相同的帶寬。CFQ調度器適用於有大量計算進程的多用戶系統。它試圖避免進程被餓死和實現了比較低的延遲。
(3).Deadline
deadline調度器是使用deadline演算法的輪詢的調度器，提供對I/O子系統接近實時的操作，deadline調度器提供了很小的延遲和維持一個很好的磁碟吞吐量。如果使用deadline演算法請確保進程資源分配不會出現問題。
(4).NOOP
NOOP調度器是一個簡化的調度程序它只作最基本的合並與排序。與桌面系統的關系不是很大，主要用在一些特殊的軟體與硬體環境下，這些軟體與硬體一般都擁有自己的調度機制對內核支持的要求很小，這很適合一些嵌入式系統環境。作為桌面用戶我們一般不會選擇它。
六、網路子系統
新的網路中斷緩和(NAPI)對網路子系統帶來了改變，提高了大流量網路的性能。Linux內核在處理網路堆棧時，相比降低系統佔用率和高吞吐量更關注可靠性和低延遲。所以在某些情況下，Linux建立一個防火牆或者文件、列印、資料庫等企業級應用的性能可能會低於相同配置的Windows伺服器。
在傳統的處理網路封包的方式中，如下圖藍色箭頭所描述的，一個乙太網封包到達網卡介面後，如果MAC地址相符合會被送到網卡的緩沖區中。網卡然後將封包移到操作系統內核的網路緩沖區中並且對CPU發出一個硬中斷，CPU會處理這個封包到相應的網路堆棧中，可能是一個TCP埠或者Apache應用中。
這是一個處理網路封包的簡單的流程，但從中我們可以看到這個處理方式的缺點。正如我們看到的，每次適合網路封包到達網路介面都將對CPU發出一個硬中斷信號，中斷CPU正在處理的其他任務，導致切換動作和對CPU緩存的操作。你可能認為當只有少量的網路封包到達網卡的情況下這並不是個問題，但是千兆網路和現代的應用將帶來每秒鍾成千上萬的網路數據，這就有可能對性能造成不良的影響。
正是因為這個情況，NAPI在處理網路通訊的時候引入了計數機制。對第一個封包，NAPI以傳統的方式進行處理，但是對後面的封包，網卡引入了POLL 的輪詢機制：如果一個封包在網卡DMA環的緩存中，就不再為這個封包申請新的中斷，直到最後一個封包被處理或者緩沖區被耗盡。這樣就有效的減少了因為過多的中斷CPU對系統性能的影響。同時，NAPI通過創建可以被多處理器執行的軟中斷改善了系統的可擴展性。NAPI將為大量的企業級多處理器平台帶來幫助，它要求一個啟用NAPI的驅動程序。在今天很多驅動程序默認沒有啟用NAPI，這就為我們調優網路子系統的性能提供了更廣闊的空間。
七、理解Linux調優參數
因為Linux是一個開源操作系統，所以又大量可用的性能監測工具。對這些工具的選擇取決於你的個人喜好和對數據細節的要求。所有的性能監測工具都是按照同樣的規則來工作的，所以無論你使用哪種監測工具都需要理解這些參數。下面列出了一些重要的參數，有效的理解它們是很有用處的。
(1)處理器參數
引用
・CPU utilization
這是一個很簡單的參數，它直觀的描述了每個CPU的利用率。在xSeries架構中，如果CPU的利用率長時間的超過80%，就可能是出現了處理器的瓶頸。
・Runable processes
這個值描述了正在准備被執行的進程，在一個持續時間里這個值不應該超過物理CPU數量的10倍，否則CPU方面就可能存在瓶頸。
・Blocked
描述了那些因為等待I/O操作結束而不能被執行的進程，Blocked可能指出你正面臨I/O瓶頸。
・User time
描述了處理用戶進程的百分比，包括nice time。如果User time的值很高，說明系統性能用在處理實際的工作。
・System time
描述了CPU花費在處理內核操作包括IRQ和軟體中斷上面的百分比。如果system time很高說明系統可能存在網路或者驅動堆棧方面的瓶頸。一個系統通常只花費很少的時間去處理內核的操作。
・Idle time
描述了CPU空閑的百分比。
・Nice time
描述了CPU花費在處理re-nicing進程的百分比。
・Context switch
系統中線程之間進行交換的數量。
・Waiting
CPU花費在等待I/O操作上的總時間，與blocked相似，一個系統不應該花費太多的時間在等待I/O操作上，否則你應該進一步檢測I/O子系統是否存在瓶頸。
・Interrupts
Interrupts 值包括硬Interrupts和軟Interrupts，硬Interrupts會對系統性能帶來更多的不利影響。高的Interrupts值指出系統可能存在一個軟體的瓶頸，可能是內核或者驅動程序。注意Interrupts值中包括CPU時鍾導致的中斷(現代的xServer系統每秒1000個 Interrupts值)。
(2)內存參數
引用
・Free memory
相比其他操作系統，Linux空閑內存的值不應該做為一個性能參考的重要指標，因為就像我們之前提到過的，Linux內核會分配大量沒有被使用的內存作為文件系統的緩存，所以這個值通常都比較小。
・Swap usage
這 個值描述了已經被使用的swap空間。Swap usage只表示了Linux管理內存的有效性。對識別內存瓶頸來說，Swap In/Out才是一個比較又意義的依據，如果Swap In/Out的值長期保持在每秒200到300個頁面通常就表示系統可能存在內存的瓶頸。
・Buffer and cache
這個值描述了為文件系統和塊設備分配的緩存。在Red Flag DC Server 5版本中,你可以通過修改/proc/sys/vm中的page_cache_tuning來調整空閑內存中作為緩存的數量。
・Slabs
描述了內核使用的內存空間，注意內核的頁面是不能被交換到磁碟上的。
・Active versus inactive memory
提供了關於系統內存的active內存信息，Inactive內存是被kswapd守護進程交換到磁碟上的空間。
(3)網路參數
引用
・Packets received and sent
這個參數表示了一個指定網卡接收和發送的數據包的數量。
・Bytes received and sent
這個參數表示了一個指定網卡接收和發送的數據包的位元組數。
・Collisions per second
這個值提供了發生在指定網卡上的網路沖突的數量。持續的出現這個值代表在網路架構上出現了瓶頸，而不是在伺服器端出現的問題。在正常配置的網路中沖突是非常少見的，除非用戶的網路環境都是由hub組成。
・Packets dropped
這個值表示了被內核丟掉的數據包數量，可能是因為防火牆或者是網路緩存的缺乏。
・Overruns
Overruns表達了超出網路介面緩存的次數，這個參數應該和packets dropped值聯繫到一起來判斷是否存在在網路緩存或者網路隊列過長方面的瓶頸。
・Errors 這個值記錄了標志為失敗的幀的數量。這個可能由錯誤的網路配置或者部分網線損壞導致，在銅口千兆乙太網環境中部分網線的損害是影響性能的一個重要因素。
(4)塊設備參數
引用
・Iowait
CPU等待I/O操作所花費的時間。這個值持續很高通常可能是I/O瓶頸所導致的。
・Average queue length
I/O請求的數量，通常一個磁碟隊列值為2到3為最佳情況，更高的值說明系統可能存在I/O瓶頸。
・Average wait
響應一個I/O操作的平均時間。Average wait包括實際I/O操作的時間和在I/O隊列里等待的時間。
・Transfers per second
描述每秒執行多少次I/O操作(包括讀和寫)。Transfers per second的值與kBytes per second結合起來可以幫助你估計系統的平均傳輸塊大小，這個傳輸塊大小通常和磁碟子系統的條帶化大小相符合可以獲得最好的性能。
・Blocks read/write per second
這個值表達了每秒讀寫的blocks數量，在2.6內核中blocks是1024bytes，在早些的內核版本中blocks可以是不同的大小，從512bytes到4kb。
・Kilobytes per second read/write
按照kb為單位表示讀寫塊設備的實際數據的數量。

8. linux進程調度的三種策略是什麼

進程調度策略就是調度系統種哪一個進程來CPU運行。這種調度分2層考慮。 第一層，進程狀態這個是最優先考慮的，也就是說優先順序最高的。在linux中只有就緒態的進程才有可能會被調度選中然後佔有CPU，其它狀態的進程不可能佔有的到CPU。下面是linux中進程的狀態TASK_RUNNING:就緒狀態，得到CPU就可以運行。
TASK_INTERRUPTIBLE:淺度睡眠，資源到位或者受到信號就會變成就緒態。
TASK_UNINTERRUPTIBLE:深度睡眠，資源到位就會進入就緒態，不響應信號。
TASK_ZOMBIE：僵死態，進程exit後。
TASK_STOPPED：暫停態，收到SIG_CONT信號進入就緒態。 第二層，其實真正在操作系統中的實現，就是所有就緒態進程鏈接成一個隊列，進程調度時候只會考慮這個隊列中的進程，對其它的進程不考慮，這就實現了第一層中的要求。接下來就是就緒隊列內部各個進程的競爭了。 Linux採用3種不同的調度政策，SCHED_FIFO（下面簡寫成FIFO，先來先服務），SCHED_RR（簡寫成RR，時間片輪流），SCHED_OTHER（下面簡寫成OTHER）。這里大家就能看出一個問題，採用同等調度政策的進程之間自然有可比性，Linux3種調度政策並存，那麼不同調度政策間的進程如何比較呢？可以說他們之間根本就沒有可比性。其實在調度時候，調度只看一個指標，那就是各個進程所具有的權值，權值最大的且在可執行隊列中排在最前面的就會被調度執行。而權值的計算才會設計到各方面因素，其中調度政策可以說在計算權值中，份量是最重的。 為什麼Linux要這么干呢？這是由於事務的多樣性決定的，進程有實時性進程和非實時性的進程2種，FIFO和RR是用來支持實時性進程的調度，我們看一下這3種政策下權值的計算公式就明白了：FIFO和RR計算公式，權值=1000+進程真正的運行時間OTHER計算公式，當時間片為0時，權值=0.當時間片不為0時候，權值=剩餘時間片+20-nice,同時如果是內核線程有+1的小加分，這是因為內核線程無需用戶空間的切換，所以給它加了一分，獎勵他在進程切換時候開銷小的功勞。時間片好理解，那麼nice這個值，用過linux系統的人都知道，這是一個從unix下繼承過來的概念，表示謙讓度，是一個從20～-19的數，可以通過nice和renice指令來設置。從代碼中也能看到值越小就越不會謙讓他人。 從這里我們看出FIFO和RR至少有1000的基數，所以在有FIFO和RR調度政策進程存在時，OTHER進程是沒有機會被調度的到的。從權值計算公式同時也能看出，FIFO先來先服務的調度政策滿足了，但RR這個時間片輪流的調度如果按照這種權值計算是不能滿足時間片輪流這一概念的。這里只是權值的計算，在調度時候對RR政策的進程特殊處理。 以上都是權值計算，下面看看真正的調度過程，首先是對RR政策進程的特殊處理，如果當前進程採用的RR政策，那麼看他的時間片是否用完，用完了就踢到就緒隊列尾部，同時恢復他的時間片。然後是便利整個就緒隊列，找到第一個權值最大的進程來運行。 整體調度效果就是：如果有FIFO和RR政策的進程，就優先調度他們2個，他們之間看已執行時間長短決定勝負，而2種政策內部則遵守各自調度政策。而OTHER只有在前面2種不存在於就緒隊列時候才有可能執行，他們實際也是輪流執行，但他們之間是靠剩餘時間和NICE值來決定勝負。同時就緒隊列中排在最前面的最優先考慮在同樣權值情況下。

9. linux環境下的進程調度演算法有哪些

第一部分： 實時調度演算法介紹

對於什麼是實時系統，POSIX 1003.b作了這樣的定義：指系統能夠在限定的響應時間內提供所需水平的服務。而一個由Donald Gillies提出的更加為大家接受的定義是：一個實時系統是指計算的正確性不僅取決於程序的邏輯正確性，也取決於結果產生的時間，如果系統的時間約束條件得不到滿足，將會發生系統出錯。

實時系統根據其對於實時性要求的不同，可以分為軟實時和硬實時兩種類型。硬實時系統指系統要有確保的最壞情況下的服務時間，即對於事件的響應時間的截止期限是無論如何都必須得到滿足。比如航天中的宇宙飛船的控制等就是現實中這樣的系統。其他的所有有實時特性的系統都可以稱之為軟實時系統。如果明確地來說，軟實時系統就是那些從統計的角度來說，一個任務（在下面的論述中，我們將對任務和進程不作區分）能夠得到有確保的處理時間，到達系統的事件也能夠在截止期限到來之前得到處理，但違反截止期限並不會帶來致命的錯誤，像實時多媒體系統就是一種軟實時系統。

一個計算機系統為了提供對於實時性的支持，它的操作系統必須對於CPU和其他資源進行有效的調度和管理。在多任務實時系統中，資源的調度和管理更加復雜。本文下面將先從分類的角度對各種實時任務調度演算法進行討論，然後研究普通的 Linux操作系統的進程調度以及各種實時Linux系統為了支持實時特性對普通Linux系統所做的改進。最後分析了將Linux操作系統應用於實時領域中時所出現的一些問題，並總結了各種實時Linux是如何解決這些問題的。

1. 實時CPU調度演算法分類

各種實時操作系統的實時調度演算法可以分為如下三種類別[Wang99][Gopalan01]：基於優先順序的調度演算法（Priority-driven scheling-PD）、基於CPU使用比例的共享式的調度演算法（Share-driven scheling-SD）、以及基於時間的進程調度演算法（Time-driven scheling-TD），下面對這三種調度演算法逐一進行介紹。

1.1. 基於優先順序的調度演算法

基於優先順序的調度演算法給每個進程分配一個優先順序，在每次進程調度時，調度器總是調度那個具有最高優先順序的任務來執行。根據不同的優先順序分配方法，基於優先順序的調度演算法可以分為如下兩種類型[Krishna01][Wang99]：

靜態優先順序調度演算法：

這種調度演算法給那些系統中得到運行的所有進程都靜態地分配一個優先順序。靜態優先順序的分配可以根據應用的屬性來進行，比如任務的周期，用戶優先順序，或者其它的預先確定的策略。RM（Rate-Monotonic）調度演算法是一種典型的靜態優先順序調度演算法，它根據任務的執行周期的長短來決定調度優先順序，那些具有小的執行周期的任務具有較高的優先順序。

動態優先順序調度演算法：

這種調度演算法根據任務的資源需求來動態地分配任務的優先順序，其目的就是在資源分配和調度時有更大的靈活性。非實時系統中就有很多這種調度演算法，比如短作業優先的調度演算法。在實時調度演算法中， EDF演算法是使用最多的一種動態優先順序調度演算法，該演算法給就緒隊列中的各個任務根據它們的截止期限（Deadline）來分配優先順序，具有最近的截止期限的任務具有最高的優先順序。

1.2. 基於比例共享調度演算法

雖然基於優先順序的調度演算法簡單而有效，但這種調度演算法提供的是一種硬實時的調度，在很多情況下並不適合使用這種調度演算法：比如象實時多媒體會議系統這樣的軟實時應用。對於這種軟實時應用，使用一種比例共享式的資源調度演算法（SD演算法）更為適合。

比例共享調度演算法指基於CPU使用比例的共享式的調度演算法，其基本思想就是按照一定的權重（比例）對一組需要調度的任務進行調度，讓它們的執行時間與它們的權重完全成正比。

我們可以通過兩種方法來實現比例共享調度演算法[Nieh01]：第一種方法是調節各個就緒進程出現在調度隊列隊首的頻率，並調度隊首的進程執行；第二種做法就是逐次調度就緒隊列中的各個進程投入運行，但根據分配的權重調節分配個每個進程的運行時間片。

比例共享調度演算法可以分為以下幾個類別：輪轉法、公平共享、公平隊列、彩票調度法（Lottery）等。

比例共享調度演算法的一個問題就是它沒有定義任何優先順序的概念；所有的任務都根據它們申請的比例共享CPU資源，當系統處於過載狀態時，所有的任務的執行都會按比例地變慢。所以為了保證系統中實時進程能夠獲得一定的CPU處理時間，一般採用一種動態調節進程權重的方法。

1.3. 基於時間的進程調度演算法

對於那些具有穩定、已知輸入的簡單系統，可以使用時間驅動（Time-driven:TD）的調度演算法，它能夠為數據處理提供很好的預測性。這種調度演算法本質上是一種設計時就確定下來的離線的靜態調度方法。在系統的設計階段，在明確系統中所有的處理情況下，對於各個任務的開始、切換、以及結束時間等就事先做出明確的安排和設計。這種調度演算法適合於那些很小的嵌入式系統、自控系統、感測器等應用環境。

這種調度演算法的優點是任務的執行有很好的可預測性，但最大的缺點是缺乏靈活性，並且會出現有任務需要被執行而CPU卻保持空閑的情況。

2. 通用Linux系統中的CPU調度

通用Linux系統支持實時和非實時兩種進程，實時進程相對於普通進程具有絕對的優先順序。對應地，實時進程採用SCHED_FIFO或者SCHED_RR調度策略，普通的進程採用SCHED_OTHER調度策略。

在調度演算法的實現上，Linux中的每個任務有四個與調度相關的參數，它們是rt_priority、policy、priority（nice）、counter。調度程序根據這四個參數進行進程調度。

在SCHED_OTHER 調度策略中，調度器總是選擇那個priority+counter值最大的進程來調度執行。從邏輯上分析，SCHED_OTHER調度策略存在著調度周期（epoch），在每一個調度周期中，一個進程的priority和counter值的大小影響了當前時刻應該調度哪一個進程來執行，其中 priority是一個固定不變的值，在進程創建時就已經確定，它代表了該進程的優先順序，也代表這該進程在每一個調度周期中能夠得到的時間片的多少； counter是一個動態變化的值，它反映了一個進程在當前的調度周期中還剩下的時間片。在每一個調度周期的開始，priority的值被賦給 counter，然後每次該進程被調度執行時，counter值都減少。當counter值為零時，該進程用完自己在本調度周期中的時間片，不再參與本調度周期的進程調度。當所有進程的時間片都用完時，一個調度周期結束，然後周而復始。另外可以看出Linux系統中的調度周期不是靜態的，它是一個動態變化的量，比如處於可運行狀態的進程的多少和它們priority值都可以影響一個epoch的長短。值得注意的一點是，在2.4以上的內核中， priority被nice所取代，但二者作用類似。

可見SCHED_OTHER調度策略本質上是一種比例共享的調度策略，它的這種設計方法能夠保證進程調度時的公平性--一個低優先順序的進程在每一個epoch中也會得到自己應得的那些CPU執行時間，另外它也提供了不同進程的優先順序區分，具有高priority值的進程能夠獲得更多的執行時間。

對於實時進程來說，它們使用的是基於實時優先順序rt_priority的優先順序調度策略，但根據不同的調度策略，同一實時優先順序的進程之間的調度方法有所不同：

SCHED_FIFO：不同的進程根據靜態優先順序進行排隊，然後在同一優先順序的隊列中，誰先准備好運行就先調度誰，並且正在運行的進程不會被終止直到以下情況發生：1.被有更高優先順序的進程所強佔CPU；2.自己因為資源請求而阻塞；3.自己主動放棄CPU（調用sched_yield）；

SCHED_RR：這種調度策略跟上面的SCHED_FIFO一模一樣，除了它給每個進程分配一個時間片，時間片到了正在執行的進程就放棄執行；時間片的長度可以通過sched_rr_get_interval調用得到；

由於Linux系統本身是一個面向桌面的系統，所以將它應用於實時應用中時存在如下的一些問題：

Linux系統中的調度單位為10ms，所以它不能夠提供精確的定時；

當一個進程調用系統調用進入內核態運行時，它是不可被搶占的；

Linux內核實現中使用了大量的封中斷操作會造成中斷的丟失；

由於使用虛擬內存技術，當發生頁出錯時，需要從硬碟中讀取交換數據，但硬碟讀寫由於存儲位置的隨機性會導致隨機的讀寫時間，這在某些情況下會影響一些實時任務的截止期限；

雖然Linux進程調度也支持實時優先順序，但缺乏有效的實時任務的調度機制和調度演算法；它的網路子系統的協議處理和其它設備的中斷處理都沒有與它對應的進程的調度關聯起來，並且它們自身也沒有明確的調度機制；

3. 各種實時Linux系統

3.1. RT-Linux和RTAI

RT -Linux是新墨西哥科技大學（New Mexico Institute of Technology）的研究成果[RTLinuxWeb][Barabanov97]。它的基本思想是，為了在Linux系統中提供對於硬實時的支持，它實現了一個微內核的小的實時操作系統（我們也稱之為RT-Linux的實時子系統），而將普通Linux系統作為一個該操作系統中的一個低優先順序的任務來運行。另外普通Linux系統中的任務可以通過FIFO和實時任務進行通信。RT-Linux的框架如圖 1所示：

圖 1 RT-Linux結構

RT -Linux的關鍵技術是通過軟體來模擬硬體的中斷控制器。當Linux系統要封鎖CPU的中斷時時，RT-Linux中的實時子系統會截取到這個請求，把它記錄下來，而實際上並不真正封鎖硬體中斷，這樣就避免了由於封中斷所造成的系統在一段時間沒有響應的情況，從而提高了實時性。當有硬體中斷到來時， RT-Linux截取該中斷，並判斷是否有實時子系統中的中斷常式來處理還是傳遞給普通的Linux內核進行處理。另外，普通Linux系統中的最小定時精度由系統中的實時時鍾的頻率決定，一般Linux系統將該時鍾設置為每秒來100個時鍾中斷，所以Linux系統中一般的定時精度為 10ms，即時鍾周期是10ms，而RT-Linux通過將系統的實時時鍾設置為單次觸發狀態，可以提供十幾個微秒級的調度粒度。

RT-Linux實時子系統中的任務調度可以採用RM、EDF等優先順序驅動的演算法，也可以採用其他調度演算法。

RT -Linux對於那些在重負荷下工作的專有系統來說，確實是一個不錯的選擇，但他僅僅提供了對於CPU資源的調度；並且實時系統和普通Linux系統關系不是十分密切，這樣的話，開發人員不能充分利用Linux系統中已經實現的功能，如協議棧等。所以RT-Linux適合與工業控制等實時任務功能簡單，並且有硬實時要求的環境中，但如果要應用與多媒體處理中還需要做大量的工作。

義大利的RTAI( Real-Time Application Interface )源於RT-Linux，它在設計思想上和RT-Linux完全相同。它當初設計目的是為了解決RT-Linux難於在不同Linux版本之間難於移植的問題，為此，RTAI在 Linux 上定義了一個實時硬體抽象層，實時任務通過這個抽象層提供的介面和Linux系統進行交互，這樣在給Linux內核中增加實時支持時可以盡可能少地修改 Linux的內核源代碼。

3.2. Kurt-Linux

Kurt -Linux由Kansas大學開發，它可以提供微秒級的實時精度[KurtWeb] [Srinivasan]。不同於RT-Linux單獨實現一個實時內核的做法，Kurt -Linux是在通用Linux系統的基礎上實現的，它也是第一個可以使用普通Linux系統調用的基於Linux的實時系統。

Kurt-Linux將系統分為三種狀態：正常態、實時態和混合態，在正常態時它採用普通的Linux的調度策略，在實時態只運行實時任務，在混合態實時和非實時任務都可以執行；實時態可以用於對於實時性要求比較嚴格的情況。

為了提高Linux系統的實時特性，必須提高系統所支持的時鍾精度。但如果僅僅簡單地提高時鍾頻率，會引起調度負載的增加，從而嚴重降低系統的性能。為了解決這個矛盾， Kurt-Linux採用UTIME所使用的提高Linux系統中的時鍾精度的方法[UTIMEWeb]：它將時鍾晶元設置為單次觸發狀態（One shot mode），即每次給時鍾晶元設置一個超時時間，然後到該超時事件發生時在時鍾中斷處理程序中再次根據需要給時鍾晶元設置一個超時時間。它的基本思想是一個精確的定時意味著我們需要時鍾中斷在我們需要的一個比較精確的時間發生，但並非一定需要系統時鍾頻率達到此精度。它利用CPU的時鍾計數器TSC (Time Stamp Counter)來提供精度可達CPU主頻的時間精度。

對於實時任務的調度，Kurt-Linux採用基於時間（TD）的靜態的實時CPU調度演算法。實時任務在設計階段就需要明確地說明它們實時事件要發生的時間。這種調度演算法對於那些循環執行的任務能夠取得較好的調度效果。

Kurt -Linux相對於RT-Linux的一個優點就是可以使用Linux系統自身的系統調用，它本來被設計用於提供對硬實時的支持，但由於它在實現上只是簡單的將Linux調度器用一個簡單的時間驅動的調度器所取代，所以它的實時進程的調度很容易受到其它非實時任務的影響，從而在有的情況下會發生實時任務的截止期限不能滿足的情況，所以也被稱作嚴格實時系統（Firm Real-time）。目前基於Kurt-Linux的應用有：ARTS（ATM Reference Traffic System）、多媒體播放軟體等。另外Kurt-Linux所採用的這種方法需要頻繁地對時鍾晶元進行編程設置。

3.3. RED-Linux

RED -Linux是加州大學Irvine分校開發的實時Linux系統[REDWeb][ Wang99]，它將對實時調度的支持和Linux很好地實現在同一個操作系統內核中。它同時支持三種類型的調度演算法，即：Time-Driven、 Priority-Dirven、Share-Driven。

為了提高系統的調度粒度，RED-Linux從RT-Linux那兒借鑒了軟體模擬中斷管理器的機制，並且提高了時鍾中斷頻率。當有硬體中斷到來時，RED-Linux的中斷模擬程序僅僅是簡單地將到來的中斷放到一個隊列中進行排隊，並不執行真正的中斷處理程序。

另外為了解決Linux進程在內核態不能被搶占的問題， RED-Linux在Linux內核的很多函數中插入了搶占點原語，使得進程在內核態時，也可以在一定程度上被搶占。通過這種方法提高了內核的實時特性。

RED-Linux的設計目標就是提供一個可以支持各種調度演算法的通用的調度框架，該系統給每個任務增加了如下幾項屬性，並將它們作為進程調度的依據：

Priority：作業的優先順序；

Start-Time：作業的開始時間；

Finish-Time：作業的結束時間；

Budget：作業在運行期間所要使用的資源的多少；

通過調整這些屬性的取值及調度程序按照什麼樣的優先順序來使用這些屬性值，幾乎可以實現所有的調度演算法。這樣的話，可以將三種不同的調度演算法無縫、統一地結合到了一起。

10. linux cpu調度問題

有的小夥伴一直在用虛擬機，感覺拿東西用起來就像是在拿著一個假東西的模擬器，真是不爽，下面小編就給大家推薦一個史上最簡單的安裝linux的方法！
工具/原料

ubuntu系統
筆記本或者台式機都可以
甚至是手機nenux5也可以（手機安裝，有需要的小編可以教給大家）
方法/步驟

下載Ubutu的linux系統，這里小編就不給網址了，大家自己搜索吧
注意自己的操作系統是32位還是64位，你要下載對應的版本哦

小編的是32位的，所以自己下載的32位的系統
下載完後，解壓到一個空盤里，這里小編是放到了F盤（忍痛把島國片子刪掉了，嘻嘻）
找到，exe文件，打開

彈出對話框

注意選擇安裝路徑，這里小編果斷的選擇了F盤（為小編辛苦攢下的N個G的島國片默哀）

8
點擊安裝，ok
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接下來會有幾次重啟，請小夥伴耐心等待哦