Linux程式排程策略

發表於2016-11-22

linux核心的三種主要排程策略:

1SCHED_OTHER 分時排程策略,

2SCHED_FIFO實時排程策略,先到先服務

3SCHED_RR實時排程策略,時間片輪轉

實時程式將得到優先呼叫,實時程式根據實時優先順序決定排程權值。分時程式則通過nicecounter值決定權值,nice越小,counter越大,被排程的概率越大,也就是曾經使用了cpu最少的程式將會得到優先排程。

SHCED_RRSCHED_FIFO的不同:

當採用SHCED_RR策略的程式的時間片用完,系統將重新分配時間片,並置於就緒佇列尾。放在佇列尾保證了所有具有相同優先順序的RR任務的排程公平。     

SCHED_FIFO一旦佔用cpu則一直執行。一直執行直到有更高優先順序任務到達或自己放棄。

如果有相同優先順序的實時程式(根據優先順序計算的排程權值是一樣的)已經準備好,FIFO時必須等待該程式主動放棄後才可以執行這個優先順序相同的任務。而RR可以讓每個任務都執行一段時間。

相同點:

    RRFIFO都只用於實時任務。

    建立時優先順序大於0(1-99)

    按照可搶佔優先順序排程演算法進行。

    就緒態的實時任務立即搶佔非實時任務。

所有任務都採用linux分時排程策略時:

1,建立任務指定採用分時排程策略,並指定優先順序nice(-20~19)

2,將根據每個任務的nice值確定在cpu上的執行時間(counter)

3,如果沒有等待資源,則將該任務加入到就緒佇列中。

4,排程程式遍歷就緒佇列中的任務,通過對每個任務動態優先順序的計算權值(counter+20-nice)結果,選擇計算結果最大的一個去執行,當這個時間片用完後(counter減至0)或者主動放棄cpu時,該任務將被放在就緒佇列末尾(時間片用完)或等待佇列(因等待資源而放棄cpu)中。

5,此時排程程式重複上面計算過程,轉到第4步。

6,當排程程式發現所有就緒任務計算所得的權值都為不大於0時,重複第2步。

所有任務都採用FIFO時:

1,建立程式時指定採用FIFO,並設定實時優先順序rt_priority(1-99)

2,如果沒有等待資源,則將該任務加入到就緒佇列中。

3,排程程式遍歷就緒佇列,根據實時優先順序計算排程權值(1000+rt_priority),選擇權值最高的任務使用cpu,該FIFO任務將一直佔有cpu直到有優先順序更高的任務就緒(即使優先順序相同也不行)或者主動放棄(等待資源)

4,排程程式發現有優先順序更高的任務到達(高優先順序任務可能被中斷或定時器任務喚醒,再或被當前執行的任務喚醒,等等),則排程程式立即在當前任務堆疊中儲存當前cpu暫存器的所有資料,重新從高優先順序任務的堆疊中載入暫存器資料到cpu,此時高優先順序的任務開始執行。重複第3步。

5,如果當前任務因等待資源而主動放棄cpu使用權,則該任務將從就緒佇列中刪除,加入等待佇列,此時重複第3步。

所有任務都採用RR排程策略時:

1,建立任務時指定排程引數為RR,並設定任務的實時優先順序和nice(nice值將會轉換為該任務的時間片的長度)

2,如果沒有等待資源,則將該任務加入到就緒佇列中。

3,排程程式遍歷就緒佇列,根據實時優先順序計算排程權值(1000+rt_priority),選擇權值最高的任務使用cpu

4,如果就緒佇列中的RR任務時間片為0,則會根據nice值設定該任務的時間片,同時將該任務放入就緒佇列的末尾。重複步驟3

5,當前任務由於等待資源而主動退出cpu,則其加入等待佇列中。重複步驟3

系統中既有分時排程,又有時間片輪轉排程和先進先出排程:

1RR排程和FIFO排程的程式屬於實時程式,以分時排程的程式是非實時程式。

2,當實時程式準備就緒後,如果當前cpu正在執行非實時程式,則實時程式立即搶佔非實時程式。

3RR程式和FIFO程式都採用實時優先順序做為排程的權值標準,RRFIFO的一個延伸。FIFO時,如果兩個程式的優先順序一樣,則這兩個優先順序一樣的程式具體執行哪一個是由其在佇列中的未知決定的,這樣導致一些不公正性(優先順序是一樣的,為什麼要讓你一直執行?),如果將兩個優先順序一樣的任務的排程策略都設為RR,則保證了這兩個任務可以迴圈執行,保證了公平。

Ingo Molnar-實時補丁

為了能併入主流核心,Ingo Molnar的實時補丁也採用了非常靈活的策略,它支援四種搶佔模式:

1.No Forced Preemption (Server),這種模式等同於沒有使能搶佔選項的標準核心,主要適用於科學計算等伺服器環境。

2.Voluntary Kernel Preemption (Desktop),這種模式使能了自願搶佔,但仍然失效搶佔核心選項,它通過增加搶佔點縮減了搶佔延遲,因此適用於一些需要較好的響應性的環境,如桌面環境,當然這種好的響應性是以犧牲一些吞吐率為代價的。

3.Preemptible Kernel (Low-Latency Desktop),這種模式既包含了自願搶佔,又使能了可搶佔核心選項,因此有很好的響應延遲,實際上在一定程度上已經達到了軟實時性。它主要適用於桌面和一些嵌入式系統,但是吞吐率比模式2更低。

4.Complete Preemption (Real-Time),這種模式使能了所有實時功能,因此完全能夠滿足軟實時需求,它適用於延遲要求為100微秒或稍低的實時系統。

實現實時是以犧牲系統的吞吐率為代價的,因此實時性越好,系統吞吐率就越低。

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