Linux进程调度算法

一、概念

操作系统管理了系统的有限资源，当有多个进程（或多个进程发出的请求）要使用这些资源时，因为资源的有限性，必须按照一定的原则选择进程（请求）来占用资源。这就是调度。目的是控制资源使用者的数量,选取资源使用者许可占用资源或占用资源

在操作系统中调度是指一种资源分配，因而调度算法是指：根据系统的资源分配策略所规定的资源分配算法。对于不同的的系统和系统目标，通常采用不同的调度算法，例如，在批处理系统中，为了照顾为数众多的段作业，应采用短作业优先的调度算法；又如在分时系统中，为了保证系统具有合理的响应时间，应当采用轮转法进行调度。目前存在的多种调度算法中，有的算法适用于作业调度，有的算法适用于进程调度；但也有些调度算法既可以用于作业调度，也可以用于进程调度。

通常将作业或进程归入各种就绪或阻塞队列。

调度算法要求：高资源利用率、高吞吐量、用户满意等原则。

进程调度所采用的算法是与整个系统的设计目标相一致的：

1.批处理系统：增加系统吞吐量和提高系统资源的利用率;

2.分时系统：保证每个分时用户能容忍的响应时间。

3.实时系统：保证对随机发生的外部事件做出实时响应。

二、调度算法分类

先来先服务(FCFS)

先来先服务（FCFS, First Come First Serve）是最简单的调度算法，按先后顺序进行调度。

1. FCFS算法

按照作业提交或进程变为就绪状态的先后次序，分派CPU； 当前作业或进程占用CPU，直到执行完或阻塞，才出让CPU（非抢占方式）。 在作业或进程唤醒后（如I/O完成），并不立即恢复执行，通常等到当前作业或进程出让CPU。最简单的算法。

2. FCFS的特点

比较有利于长作业，而不利于短作业。 有利于CPU繁忙的作业，而不利于I/O繁忙的作业。

轮转法(Round Robin)

轮转法(Round Robin)是让每个进程在就绪队列中的等待时间与享受服务的时间成正比例。

1. 轮转法

将系统中所有的就绪进程按照FCFS原则，排成一个队列。

每次调度时将CPU分派给队首进程，让其执行一个时间片。时间片的长度从几个ms到几百ms。

在一个时间片结束时，发生时钟中断。

调度程序据此暂停当前进程的执行，将其送到就绪队列的末尾，并通过上下文切换执行当前的队首进程。? 进程可以未使用完一个时间片，就出让CPU（如阻塞）。

2. 时间片长度的确定

时间片长度变化的影响2 过长－>退化为FCFS算法，进程在一个时间片内都执行完，响应时间长。2 过短－>用户的一次请求需要多个时间片才能处理完，上下文切换次数增加，响应时间长。

对响应时间的要求：T(响应时间)=N(进程数目)*q(时间片)

就绪进程的数目：数目越多，时间片越小

系统的处理能力：应当使用户输入通常在一个时间片内能处理完，否则使响应时间，平均周转时间和平均带权周转时间延长。

多级反馈队列算法

多级反馈队列算法时间片轮转算法和优先级算法的综合和发展。优点：2 为提高系统吞吐量和缩短平均周转时间而照顾短进程。2 为获得较好的I/O设备利用率和缩短响应时间而照顾I/O型进程。2 不必估计进程的执行时间，动态调节。

1. 多级反馈队列算法2 设置多个就绪队列，分别赋予不同的优先级，如逐级降低，队列1的优先级最高。每个队列执行时间片的长度也不同，规定优先级越低则时间片越长，如逐级加倍。2 新进程进入内存后，先投入队列1的末尾，按FCFS算法调度；若按队列1一个时间片未能执行完，则降低投入到队列2的末尾，同样按FCFS算法调度；如此下去，降低到最后的队列，则按“时间片轮转”算法调度直到完成。2 仅当较高优先级的队列为空，才调度较低优先级的队列中的进程执行。如果进程执行时有新进程进入较高优先级的队列，则抢先执行新进程，并把被抢先的进程投入原队列的末尾。

2. 几点说明

I/O型进程：让其进入最高优先级队列，以及时响应I/O交互。通常执行一个小时间片，要求可处理完一次I/O请求的数据，然后转入到阻塞队列。

计算型进程：每次都执行完时间片，进入更低级队列。最终采用最大时间片来执行，减少调度次数。 I/O次数不多，而主要是CPU处理的进程。在I/O完成后，放回优先I/O请求时离开的队列，以免每次都回到最高优先级队列后再逐次下降。2为适应一个进程在不同时间段的运行特点，I/O完成时，提高优先级；时间片用完时，降低优先级。

3.shortest job next

系统计算程序调用的时间，时间最短的先执行。

三、进程调度算法：

1、先进先出算法(FIFO)：按照进程进入就绪队列的先后次序来选择。即每当进入进程调度，总是把就绪队列的队首进程投入运行。

2. 时间片轮转算法(RR)：分时系统的一种调度算法。轮转的基本思想是，将CPU的处理时间划分成一个个的时间片，就绪队列中的进程轮流运行一个时间片。当时间片结束时，就强迫进程让出CPU，该进程进入就绪队列，等待下一次调度，同时，进程调度又去选择就绪队列中的一个进程，分配给它一个时间片，以投入运行。

3. 最高优先级算法(HPF)：进程调度每次将处理机分配给具有最高优先级的就绪进程。最高优先级算法可与不同的CPU方式结合形成可抢占式最高优先级算法和不可抢占式最高优先级算法。

4. 多级队列反馈法：几种调度算法的结合形式多级队列方式。

linux内核的三种调度方法：

1. SCHED_OTHER 分时调度策略，

2. SCHED_FIFO实时调度策略，先到先服务

3. SCHED_RR实时调度策略，时间片轮转

实时进程将得到优先调用，实时进程根据实时优先级决定调度权值，分时进程则通过nice和counter值决

定权值，nice越小，counter越大，被调度的概率越大，也就是曾经使用了cpu最少的进程将会得到优先调

度。

SHCED_RR和SCHED_FIFO的不同：

当采用SHCED_RR策略的进程的时间片用完，系统将重新分配时间片，并置于就绪队列尾。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。

SCHED_FIFO一旦占用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。

如果有相同优先级的实时进程（根据优先级计算的调度权值是一样的）已经准备好，FIFO时必须等待该

进程主动放弃后才可以运行这个优先级相同的任务。而RR可以让每个任务都执行一段时间。

SHCED_RR和SCHED_FIFO的相同点：

SHCED_RR和SHCED_FIFO都只用于实时任务。

创建时优先级大于0(1-99)。

按照可抢占优先级调度算法进行。

就绪态的实时任务立即抢占非实时任务。

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。

系统中既有分时调度，又有时间片轮转调度和先进先出调度

1. RR调度和FIFO调度的进程属于实时进程，以分时调度的进程是非实时进程。

2. 当实时进程准备就绪后，如果当前cpu正在运行非实时进程，则实时进程立即抢占非实时进程。

3. RR进程和FIFO进程都采用实时优先级做为调度的权值标准，RR是FIFO的一个延伸。FIFO时，如果两

个进程的优先级一样，则这两个优先 级一样的进程具体执行哪一个是由其在队列中的未知决定的，这样导

致一些不公正性(优先级是一样的，为什么要让你一直运行?),如果将两个优先级一样的任务 的调度策略都

设为RR,则保证了这两个任务可以循环执行，保证了公平。

四、我的Linux的信息

Linux的内核版本号

Linux bogon 2.6.32-431.el6.i686 #1 SMP Fri Nov 22 00:26:36 UTC 2013 i686 i686 i386 GNU/Linux

Linux操作系统版本

CentOS release 6.5 (Final)