Linux线程的调度机制

Linux线程的调度机制


  在Linux中,线程是由进程来实现,线程就是轻量级进程( lightweight process ),因此在Linux中,线程的调度是按照进程的调度方式来进行调度的。Linux这样实现的线程的好处的之一是:线程调度直接使用进程调度就可以了,没必要再搞一个进程内的线程调度器。
  
  在Linux中,调度器是基于线程的调度策略(scheduling policy)和静态调度优先级(static scheduling priority)来决定那个线程来运行。
  
  Linux系统的三种调度策略:
  一、SCHED_OTHER:分时调度策略(Linux线程默认的调度策略)。
  二、SCHED_FIFO:实时调度策略,先到先服务。该策略简单的说就是一旦线程占用CPU则一直运行,一直运行直到有更高优先级任务到达或自己放弃。
  三、SCHED_RR:实时调度策略,时间片轮转。给每个线程增加了一个时间片限制,当时间片用完后,系统将把该线程置于队列末尾。放在队列尾保证了所有具有相同优先级的RR任务的调度公平。
  
  调度优先级策略:
  实时调度策略大于分时调度策略;
  当实时进程/线程准备就绪后,如果当前CPU正在运行分时进程/线程,则实时进程/线程立即抢占分时进程/线程。
  同样都是实时调度策略,优先级高的先执行。
  
  所有任务都采用Linux分时调度策略时:
  1. 创建任务指定采用分时调度策略,并指定优先级nice值(-20~19)。
  2. 将根据每个任务的nice值确定在CPU上的执行时间(counter)。
  3. 如果没有等待资源,则将该任务加入到就绪队列中。
  4. 调度程序遍历就绪队列中的任务,通过对每个任务动态优先级的计算(counter+20-nice)结果,选择计算结果最大的一个去运行,当这个时间片用完后(counter减至0)或者主动放弃CPU时,该任务将被放在就绪队列末尾(时间片用完)或等待队列(因等待资源而放弃CPU)中。
  5. 此时调度程序重复上面计算过程,转到第4步。
  6. 当调度程序发现所有就绪任务计算所得的权值都为不大于0时,重复第2步。
  
  所有任务都采用FIFO时:
  1. 创建进程时指定采用FIFO,并设置实时优先级rt_priority(1-99)。
  2. 如果没有等待资源,则将该任务加入到就绪队列中。
  3. 调度程序遍历就绪队列,根据实时优先级计算调度权值(1000+rt_priority),选择权值最高的任务使用cpu,该FIFO任务将一直占有CPU直到有优先级更高的任务就绪(即使优先级相同也不行)或者主动放弃(等待资源)。
  4. 调度程序发现有优先级更高的任务到达(高优先级任务可能被中断或定时器任务唤醒,再或被当前运行的任务唤醒,等等),则调度程序立即在当前任务堆栈中保存当前CPU寄存器的所有数据,重新从高优先级任务的堆栈中加载寄存器数据到CPU,此时高优先级的任务开始运行。重复第3步。
  5. 如果当前任务因等待资源而主动放弃CPU使用权,则该任务将从就绪队列中删除,加入等待队列,此时重复第3步。
  
  所有任务都采用RR调度策略时:
  1. 创建任务时指定调度参数为RR,并设置任务的实时优先级和nice值(nice值将会转换为该任务的时间片的长度)。
  2. 如果没有等待资源,则将该任务加入到就绪队列中。
  3. 调度程序遍历就绪队列,根据实时优先级计算调度权值(1000+rt_priority),选择权值最高的任务使用CPU。
  4. 如果就绪队列中的RR任务时间片为0,则会根据nice值设置该任务的时间片,同时将该任务放入就绪队列的末尾。重复步骤3。
  5. 当前任务由于等待资源而主动退出CPU,则其加入等待队列中。重复步骤3。

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