Linux多核编程系列之调度亲和性

linux进程、线程与cpu的亲和性（affinity）最近的⼯作中对性能的要求⽐较⾼，下⾯简单做⼀下总结：⼀、什么是cpu亲和性（affinity） CPU的亲和性，就是进程要在指定的 CPU 上尽量长时间地运⾏⽽不被迁移到其他处理器，也称为CPU关联性；再简单的点的描述就将制定的进程或线程绑定到相应的cpu上；在多核运⾏的机器上，每个CPU本⾝⾃⼰会有缓存，缓存着进程使⽤的信息，⽽进程可能会被OS调度到其他CPU上，如此，CPU cache命中率就低了，当绑定CPU后，程序就会⼀直在指定的cpu跑，不会由操作系统调度到其他CPU上，性能有⼀定的提⾼。

软亲和性（affinity）: 就是进程要在指定的 CPU 上尽量长时间地运⾏⽽不被迁移到其他处理器，Linux 内核进程调度器天⽣就具有被称为软 CPU 亲和性（affinity）的特性，这意味着进程通常不会在处理器之间频繁迁移。

这种状态正是我们希望的，因为进程迁移的频率⼩就意味着产⽣的负载⼩。

硬亲和性（affinity）：简单来说就是利⽤linux内核提供给⽤户的API，强⾏将进程或者线程绑定到某⼀个指定的cpu核运⾏。

解释：在linux内核中，所有的进程都有⼀个相关的数据结构，称为 task_struct。

这个结构⾮常重要，原因有很多；其中与亲和性（affinity）相关度最⾼的是 cpus_allowed 位掩码。

这个位掩码由 n 位组成，与系统中的 n 个逻辑处理器⼀⼀对应。

具有 4 个物理 CPU 的系统可以有 4 位。

如果这些CPU 都启⽤了超线程，那么这个系统就有⼀个 8 位的位掩码。

如果为给定的进程设置了给定的位，那么这个进程就可以在相关的 CPU 上运⾏。

因此，如果⼀个进程可以在任何 CPU 上运⾏，并且能够根据需要在处理器之间进⾏迁移，那么位掩码就全是 1。

实际上，这就是 Linux 中进程的缺省状态；（这部分内容在这个博客中有提到⼀点：） cpus_allowed⽤于控制进程可以在哪⾥处理器上运⾏sched_set_affinity()（⽤来修改位掩码）sched_get_affinity()（⽤来查看当前的位掩码）⼆、进程与cpu的绑定 sched_setaffinity可以将某个进程绑定到⼀个特定的CPU。

linux schedutil策略-回复Linux Schedutil策略: 简介、工作原理和性能优化在Linux操作系统中，进程调度是一个重要的任务。

它决定了进程如何分配CPU资源，以及如何有效地利用系统资源。

为了提高系统的性能和响应能力，Linux内核采用了不同的调度策略，其中之一就是Schedutil策略。

Schedutil是Linux内核中的一个动态调度器，它的设计目标是实时反馈地根据系统负载和需求动态地调整CPU频率和性能状态。

这样可以在不影响系统稳定性的前提下，最大限度地减小能源消耗，并提高系统的响应速度。

工作原理：Schedutil策略主要通过主动反馈和对CPU性能状态的调整来实现其目标。

以下是Schedutil策略的一般工作原理：1. 加载并编译: 当启动系统时，Schedutil策略会加载并编译相关的调度器代码，并初始化其参数和功能。

2. 系统负载检测: Schedutil会周期性地监测系统的负载情况。

这个过程主要通过检查CPU的使用率、负载平均数等指标来完成。

3. CPUPower调整: 基于系统负载检测的结果，Schedutil会使用CPUPower框架，动态地调整CPU的频率和性能状态。

CPUPower框架是一个用于管理CPU功耗和性能状态的工具集。

4. 选择最佳性能状态: Schedutil在调整CPU性能状态时，会根据当前系统负载和需求选择最佳性能状态。

较低的系统负载可能导致CPU进入较低的性能状态，以减少能耗。

而较高的系统负载则可能导致CPU进入较高的性能状态，以提供更高的处理能力。

5. 响应反馈: Schedutil会根据系统的实时反馈，及时调整CPU的性能状态。

这个反馈主要包括CPU的使用率、任务提交速率、响应延迟等指标。

6. 参数自适应: Schedutil策略还具有自适应的能力，能够根据系统的实际需求自动调整其内部参数和算法，以获得更佳的性能。

性能优化：为了获得最佳的系统性能，我们可以通过以下方法来优化Schedutil策略：1. 核心配置参数调整: Schedutil策略有一些核心的配置参数，如采样间隔、负载平均数的权重等，可以通过修改这些参数来调整策略的行为。

Linux内核分析之调度算法inux调度算法在2.6.32中采用调度类实现模块式的调度方式。

这样，能够很好的加入新的调度算法。

linux调度器是以模块方式提供的，这样做的目的是允许不同类型的进程可以有针对性地选择调度算法。

这种模块化结构被称为调度器类，他允许多种不同哦可动态添加的调度算法并存，调度属于自己范畴的进程。

每个调度器都有一个优先级，调度代码会按照优先级遍历调度类，拥有一个可执行进程的最高优先级的调度器类胜出，去选择下面要执行的那个程序。

linux上主要有两大类调度算法，CFS(完全公平调度算法）和实时调度算法。

宏SCHED_NOMAL主要用于CFS调度，而SCHED_FIFO和SCHED_RR主要用于实时调度。

如下面的宏定义：1./*2.* Scheduling policies3.*/4./*支援Real-Time Task的排程,包括有SCHED_FIFO與SCHED_RR.5.*/6.7./*(也稱為SCHED_OTHER): 主要用以排程8.一般目的的Task.*/9.#define SCHED_NORMAL 010.#define SCHED_FIFO 111./*task預設的Time Slice長度為100 msecs*/12.#define SCHED_RR 213./*主要用以讓Task可以延長執行的時間14.(Time Slice),減少被中斷發生Task Context-Switch15.的次數.藉此可以提高Cache的利用率16.(每次Context-Switch都會導致Cache-Flush). 比17.較適合用在固定週期執行的Batch Jobs任18.務主機上,而不適合用在需要使用者互19.動的產品(會由於Task切換的延遲,而20.感覺到系統效能不佳或是反應太慢).*/21.#define SCHED_BATCH 322./* SCHED_ISO: reserved but not implemented yet */23./*為系統中的Idle Task排程.*/24.#define SCHED_IDLE 5linux调度算法实现的高层数据结构主要有运行实体、调度类、运行队列，下面我们主要看看这几个数据结构的字段和意义。

进程和线程的亲缘性（affinity）是指可以将进程或者是线程强制限制在可用的CPU子集上运行的特性，它一定程度上把进程/线程在多处理器系统上的调度策略暴露给系统程序员。

CPU的数量和表示在有n个CPU的Linux上，CPU是用0...n-1来进行一一标识的。

CPU的数量可以通过proc文件系统下的CPU相关文件得到，如cpuinfo和stat：$ cat /proc/stat | grep "^cpu[0-9]\+" | wc -l8$ cat /proc/cpuinfo | grep "^processor" | wc -l8在系统编程中，可以直接调用库调用sysconf获得：sysconf(_SC_NPROCESSORS_ONLN);进程的亲缘性Linux操作系统在2.5.8引入了调度亲缘性相关的系统调用：int sched_setaffinity(pid_t pid, unsigned int cpusetsize, cpu_set_t *mask);int sched_getaffinity(pid_t pid, unsigned int cpusetsize, cpu_set_t *mask);其中sched_setaffinity是设定进程号为pid的进程调度亲缘性为mask，也就是说它只能在mask中指定的CPU 之间进行调度执行;sched_getaffinity当然就是得到进程号为pid的进程调度亲缘性了。

如果pid为0，则操纵当前进程。

第二个参数指定mask所指空间的大小，通常为sizeof(cpu_set_t)。

第三个参数mask的类型为cpu_set_t，即CPU集合，GNU的c库（需要在include头文件之前定义__USE_GNU）还提供了操作它们的宏：void CPU_CLR(int cpu, cpu_set_t *set);int CPU_ISSET(int cpu, cpu_set_t *set);void CPU_SET(int cpu, cpu_set_t *set);void CPU_ZERO(cpu_set_t *set);如果我们所关心的只是CPU#0和CPU#1，想确保我们的进程只会运作在CPU#0之上，而不会运作在CPU#1之上。

linux系统中调度的基本单位一、进程调度进程调度是操作系统中的一个重要组成部分，用于决定在多个进程同时竞争CPU资源时，应该选择哪个进程来执行。

Linux系统中的进程调度采用了时间片轮转调度算法。

时间片轮转调度是一种公平的调度算法，它将CPU的执行时间划分为一个个固定长度的时间片，每个进程在一个时间片内执行一段时间，然后切换到下一个进程。

这样可以保证每个进程都有机会执行，并且避免了长时间占用CPU 的情况。

二、线程调度线程调度是指在多线程应用程序中，操作系统决定哪个线程应该被执行的过程。

Linux系统中的线程调度和进程调度类似，同样采用时间片轮转调度算法。

不同的是，线程是共享同一个进程的资源，因此线程的切换相对于进程的切换来说更加轻量级。

线程调度的目标是尽可能地提高CPU利用率和系统响应速度。

三、任务调度任务调度是指在Linux系统中，操作系统决定何时执行某个任务的过程。

任务可以是周期性的，也可以是非周期性的。

周期性任务是指按照一定的时间间隔重复执行的任务，而非周期性任务则是指只执行一次的任务。

Linux系统中的任务调度使用了多种算法，如最早截止时间优先算法和最短作业优先算法等。

这些算法的目标是根据任务的优先级和执行时间来决定任务的执行顺序，以提高系统的性能和响应速度。

四、总结在Linux系统中，进程调度、线程调度和任务调度是操作系统中的重要组成部分。

进程调度决定在多个进程竞争CPU资源时的执行顺序，线程调度决定在多线程应用程序中哪个线程应该被执行，任务调度决定何时执行某个任务。

这些调度的基本单位都采用了时间片轮转调度算法，并根据不同的调度目标采用不同的调度策略。

通过合理的调度算法，可以提高系统的性能和响应速度，保证各个任务的执行顺序和时间片的分配合理。

四、Linux调度器分析1．Linux2.6调度器的特性2.6 调度系统从设计之初就把开发重点放在更好满足实时性和多处理机并行性上，并且基本实现了它的设计目标。

新调度系统的特性概括为如下几点：∙继承和发扬2.4 版调度器的特点：o交互式作业优先o轻载条件下调度/唤醒的高性能o公平共享o基于优先级调度o高CPU 使用率o SMP 高效亲和o实时调度和cpu 绑定等调度手段∙在此基础之上的新特性：o O(1)调度算法，调度器开销恒定（与当前系统负载无关），实时性能更好o高可扩展性，锁粒度大幅度减小o新设计的SMP 亲和方法o优化计算密集型的批处理作业的调度o重载条件下调度器工作更平滑o子进程先于父进程运行等其他改进2．新的数据结构runqueue2.4 的就绪队列是一个简单的以runqueue_head 为头的双向链表，在2.6 中，就绪队列定义为一个复杂得多的数据结构struct runqueue，并且，尤为关键的是，每一个 CPU 都将维护一个自己的就绪队列，--这将大大减小竞争。

1) prio_array_t *active, *expired, arrays[2]runqueue 中最关键的数据结构。

每个CPU 的就绪队列按时间片是否用完分为两部分，分别通过active 指针和 expired 指针访问，active 指向时间片没用完、当前可被调度的就绪进程，expired 指向时间片已用完的就绪进程。

每一类就绪进程都用一个struct prio_array 的结构表示：struct prio_array {int nr_active; /* 本进程组中的进程数 */struct list_head queue[MAX_PRIO]; /* 以优先级为索引的 HASH 表，见下 */unsigned long bitmap[BITMAP_SIZE]; /* 加速以上 HASH 表访问的位图，见下*/};图1：active、expired 数组示例在新的O(1) 调度中，调度过程分解为n 步，每一步所耗费的时间都是O(1) 量级的。

多核cache亲和性综述概述利用亲和性这种特性可以降低进程转移带来的性能损失，提高cache命中率，同时利用该特性可以充分利用片上所有的cache来加速串行程序的执行。

但要利用该特性需要操作系统调度程序的支持，同时要求有一定的硬件的支持。

经过研究，cache亲和性对单核多处理器的性能提升不大，但对于多核多处理器能带来很大的性能提升。

该文主要介绍了亲和性的定义，亲和性对性能的影响，最后怎样利用操作系统及硬件支持来充分利用该特性。

引言芯片多处理器（CMP）的已成为当今高性能的多处理器主要形式之一。

对影响性能的关键因素之一便是高速缓存的利用率。

传统的对于高速缓存，每个核心是有自己的私有L1高速缓存，并在同一芯片上所有核心共享的较大二级缓存。

为了提高缓存利用率，我们需要考虑在缓存中的数据重用，在所有核心上共享缓存缓存访问的争夺，和私有缓存间的连贯性缺失率。

亲和性定义：亲和性指进程在给定的cpu或cpu核上运行尽量长的时间而不被转移到别的处理器的倾向性。

在Linux里，内核进程调度器天生就具有软亲和性（soft affinity）的特性，这意味着进程通常不会在处理器或者内核之间频繁迁移。

这种情况是我们希望的，因为进程迁移的频率低意味着产生的负载小，具有更好的性能表现。

在对称多处理(SMP)上，操作系统的进程调度程序必须决定每个CPU上要运行哪些进程。

这带来两项挑战：调度程序必须充分利用所有处理器，避免当一个进程已就绪等待运行，却有一个CPU核心闲置一旁，这显然会降低效率。

然而一个进程一旦被安排在某个CPU核心上运行，进程调度程序也会将它安排在相同的CPU核心上运行。

这会使性能更好，因为将一个进程从一个处理器迁移到另一个处理器是要付出性能代价的。

一般进程会在相同的核或CPU上运行，只会在负载极不均衡的情况下从一个核移往另一个核。

这样可以最小化缓存区迁移效应，同时保证系统中处理器负载均衡。

亲和性程序性能的影响多核处理器的处理器与处理器之间的cache亲和力是通过观察缓存方面积累了一定的进程的状态，即数据或指令后才进行考察的。

调度ContentsLinux的进程调度机制： (2)概述： (2)1. 150ms： (2)2. 在设计一个进程调度机制时要考虑的具体问题主要有 (2)3. linux内核的调度机制： (3)１）调度的时机： (3)２）调度的方式： (4)4. 调度程序schedule()： (6)第二部分：如何在sched.c 中实现算法？ (19)公平调度(fair-share scheduling)的进程调度算法：一、公平分享的调度策略Linux 的调度算法是相对独立的一个模块，而且较容易理解。

因此很多系统高手都爱对调度算法做改进。

但是可以说调度器是一个非常神秘，难以捉摸的精灵。

可能通过改变一个关键参数你就可以大大提高系统的效率。

对于一般进程，CPU的使用时间都是系统平均分配给每一个进程的，因此这种公平分享都是从进程的角度出发的。

Bach在1986 年提出了公平分享调度策略（Fair_Share scheduling）来解决这个问题。

和Linux 三种内建策略比，公平分享调度策略是一种更抽象的调度策略。

它认为CPU应该根据拥有进程的组（对Linux 来说是用户）来分配时间，它实现了从用户角度考虑的公平原则。

由内核的结构来看，实现这个算法有很多种方式。

我们可以在与调度相关的程序里做小小的改动来实现，如改动一些数据结构并改写schedule()函数。

当然也可以做得很复杂，比如重写schedule()来实现所需要的结果。

但是有一点我们是要必须牢记的，那就是大部分的Linux 核心都是以短小高效为最高目标。

所以，改进的算法必须尽量向这个目标靠拢。

二、新调度策略的实现：分析1、这里所说的…组‟的概念，在Linux 中是一个用户。

我们所关心的是Linux 的用户，而不是UNIX 系统下的用户组或是别的什么概念。

因此在公平共享调度策略中，一个进程能够分配到的时间与登录的系统用户数以及拥有该进程用户开辟进程数的多少有关。

深入分析linux调度机制一．说明本文以linux-2.4.10 为例主要分析Linux 进程调度模块中的schedule 函数及其相关的函数。

另外相关的前提知识也会说明。

默认系统平台是自己的i386 架构的pc。

二．前提知识在进行schedule 分析之前有必要简单说明一下系统启动过程，内存分配使用等。

这样才能自然过渡到schedule 模块。

首先是Linux各个功能模块之间的依赖关系：可见进程调度是整个内核的核心。

但这部分，我想说明的是，我的pc是怎样把操作系统从硬盘装载到内存中，并启动进程调度模块的。

然后才是后面对schedule的具体分析。

首先，启动操作系统部分，涉及到到三个文件：/arch/i386/boot/bootsect.s、/arch/i386/boot/setup.s、/arch/i386/boot/compressed/head.s。

编译安装好一个Linux系统后，bootsect.s模块被放置在可启动设备的第一个扇区（磁盘引导扇区，512字节）。

那么下面开始启动过程，三个文件在内存中的分布与位置的移动如下图。

在经过上图这一系列过程后，程序跳转到system模块中的初始化程序init中执行，即/init/main.c文件。

该程序执行一系列的初始化工作，如寄存器初始化、内存初始化、中断设置等。

之后内存的分配如下图：此后，CPU有序地从内存中读取程序并执行。

前面的main 从内核态移动到用户态后，操作系统即建立了任务0，即进程调度程序。

之后再由schedule模块进行整个Linux操作系统中进程的创建（fork），调度（schedule），销毁（exit）及各种资源的分配与管理等操作了。

值得一说的是schedule将创建的第一个进程是init（pid=1），请注意它不是前面的/init/main.c程序段。

如果是在GNU/Debian系统下，init 进程将依次读取rcS.d，rcN.d（rc0.d~rc6.d），rc.local三个run command脚本等，之后系统的初始化就完成了，一系列系统服务被启动了，系统进入单用户或者多用户状态。

linux调度原理进程调度依据调度程序运行时，要在所有可运行状态的进程中选择最值得运行的进程投入运行。

选择进程的依据是什么呢？在每个进程的task_struct结构中有以下四项：policy、priority、counter、rt_priority。

这四项是选择进程的依据。

其中，policy是进程的调度策略，用来区分实时进程和普通进程，实时进程优先于普通进程运行；priority是进程(包括实时和普通)的静态优先级；counter是进程剩余的时间片，它的起始值就是priority的值；由于counter在后面计算一个处于可运行状态的进程值得运行的程度goodness时起重要作用，因此，counter也可以看作是进程的动态优先级。

rt_priority是实时进程特有的，用于实时进程间的选择。

Linux用函数goodness()来衡量一个处于可运行状态的进程值得运行的程度。

该函数综合了以上提到的四项，还结合了一些其他的因素，给每个处于可运行状态的进程赋予一个权值(weight)，调度程序以这个权值作为选择进程的唯一依据。

关于goodness()的情况在后面将会详细分析。

进程调度策略调度程序运行时,要在所有处于可运行状态的进程之中选择最值得运行的进程投入运行。

选择进程的依据是什么呢?在每个进程的task_struct 结构中有这么四项：policy, priority , counter, rt_priority这四项就是调度程序选择进程的依据.其中,policy是进程的调度策略,用来区分两种进程-实时和普通；priority是进程(实时和普通)的优先级；counter 是进程剩余的时间片,它的大小完全由priority决定;rt_priority是实时优先级,这是实时进程所特有的，用于实时进程间的选择。

首先，Linux 根据policy从整体上区分实时进程和普通进程，因为实时进程和普通进程度调度是不同的，它们两者之间，实时进程应该先于普通进程而运行，然后，对于同一类型的不同进程，采用不同的标准来选择进程：对于普通进程，Linux采用动态优先调度，选择进程的依据就是进程counter的大小。

解读Linux系统中的进程调度解读Linux系统中的进程调度解读Linux系统中的进程调度操作系统要实现多进程，进程调度必不可少。

有人说，进程调度是操作系统中最为重要的一个部分。

我觉得这种说法说得太绝对了一点，就像很多人动辄就说"某某函数比某某函数效率高XX倍"一样，脱离了实际环境，这些结论是比较片面的。

而进程调度究竟有多重要呢? 首先，我们需要明确一点：进程调度是对TASK_RUNNING状态的进程进行调度(参见《linux进程状态浅析》)。

如果进程不可执行(正在睡眠或其他)，那么它跟进程调度没多大关系。

所以，如果你的系统负载非常低，盼星星盼月亮才出现一个可执行状态的进程。

那么进程调度也就不会太重要。

哪个进程可执行，就让它执行去，没有什么需要多考虑的。

反之，如果系统负载非常高，时时刻刻都有N多个进程处于可执行状态，等待被调度运行。

那么进程调度程序为了协调这N个进程的执行，必定得做很多工作。

协调得不好，系统的性能就会大打折扣。

这个时候，进程调度就是非常重要的。

尽管我们平常接触的很多计算机(如桌面系统、网络服务器、等)负载都比较低，但是linux作为一个通用操作系统，不能假设系统负载低，必须为应付高负载下的进程调度做精心的设计。

当然，这些设计对于低负载(且没有什么实时性要求)的环境，没多大用。

极端情况下，如果CPU的负载始终保持0或1(永远都只有一个进程或没有进程需要在CPU上运行)，那么这些设计基本上都是徒劳的。

优先级现在的操作系统为了协调多个进程的“同时”运行，最基本的手段就是给进程定义优先级。

定义了进程的优先级，如果有多个进程同时处于可执行状态，那么谁优先级高谁就去执行，没有什么好纠结的了。

那么，进程的优先级该如何确定呢?有两种方式：由用户程序指定、由内核的调度程序动态调整。

(下面会说到)linux内核将进程分成两个级别：普通进程和实时进程。

实时进程的优先级都高于普通进程，除此之外，它们的调度策略也有所不同。

Linux处理器的亲和力管理处理器的亲和性（affinity简介：了解Linux® 2.6 调度器如何处理CPU 亲和性（affinity）可以帮助您更好地设计用户空间的应用程序。

软亲和性（affinity）意味着进程并不会在处理器之间频繁迁移，而硬亲和性（affinity）则意味着进程需要在您指定的处理器上运行。

本文介绍了当前的亲和性（affinity）机制，解释为什么和如何使用亲和性（affinity），并给出了几个样例代码来显示如何使用这种功能。

简单地说，CPU 亲和性（affinity）就是进程要在某个给定的CPU 上尽量长时间地运行而不被迁移到其他处理器的倾向性。

Linux 内核进程调度器天生就具有被称为软CPU 亲和性（affinity）的特性，这意味着进程通常不会在处理器之间频繁迁移。

这种状态正是我们希望的，因为进程迁移的频率小就意味着产生的负载小。

.6 版本的Linux 内核还包含了一种机制，它让开发人员可以编程实现硬CPU 亲和性（affinity）。

这意味着应用程序可以显式地指定进程在哪个（或哪些）处理器上运行。

什么是Linux 内核硬亲和性（affinity）？在Linux 内核中，所有的进程都有一个相关的数据结构，称为task_struct。

这个结构非常重要，原因有很多；其中与亲和性（affinity）相关度最高的是cpus_allowed 位掩码。

这个位掩码由n 位组成，与系统中的n 个逻辑处理器一一对应。

具有4 个物理CPU 的系统可以有4 位。

如果这些CPU 都启用了超线程，那么这个系统就有一个8 位的位掩码。

如果为给定的进程设置了给定的位，那么这个进程就可以在相关的CPU 上运行。

因此，如果一个进程可以在任何CPU 上运行，并且能够根据需要在处理器之间进行迁移，那么位掩码就全是1。

实际上，这就是Linux 中进程的缺省状态。

内核API 提供了一些方法，让用户可以修改位掩码或查看当前的位掩码：sched_set_affinity() （用来修改位掩码）sched_get_affinity() （用来查看当前的位掩码）注意，cpu_affinity 会被传递给子线程，因此应该适当地调用sched_set_affinity。

进程和线程的亲缘性（affinity）是指可以将进程或者是线程强制限制在可用的CPU子集上运行的特性，它一定程度上把进程/线程在多处理器系统上的调度策略暴露给系统程序员。

CPU的数量和表示在有n个CPU的Linux上，CPU是用0...n-1来进行一一标识的。

CPU的数量可以通过proc文件系统下的CPU相关文件得到，如cpuinfo和stat：$ cat /proc/stat | grep "^cpu[0-9]\+" | wc -l8$ cat /proc/cpuinfo | grep "^processor" | wc -l8在系统编程中，可以直接调用库调用sysconf获得：sysconf(_SC_NPROCESSORS_ONLN);进程的亲缘性Linux操作系统在2.5.8引入了调度亲缘性相关的系统调用：int sched_setaffinity(pid_t pid, unsigned int cpusetsize, cpu_set_t *mask);int sched_getaffinity(pid_t pid, unsigned int cpusetsize, cpu_set_t *mask);其中sched_setaffinity是设定进程号为pid的进程调度亲缘性为mask，也就是说它只能在mask中指定的CPU 之间进行调度执行;sched_getaffinity当然就是得到进程号为pid的进程调度亲缘性了。

如果pid为0，则操纵当前进程。

第二个参数指定mask所指空间的大小，通常为sizeof(cpu_set_t)。

第三个参数mask的类型为cpu_set_t，即CPU集合，GNU的c库（需要在include头文件之前定义__USE_GNU）还提供了操作它们的宏：void CPU_CLR(int cpu, cpu_set_t *set);int CPU_ISSET(int cpu, cpu_set_t *set);void CPU_SET(int cpu, cpu_set_t *set);void CPU_ZERO(cpu_set_t *set);如果我们所关心的只是CPU#0和CPU#1，想确保我们的进程只会运作在CPU#0之上，而不会运作在CPU#1之上。

linux 调度子系统详解摘要：I.引言- 介绍Linux 调度子系统的重要性- 简述本文的目的和结构II.Linux 调度子系统概述- 调度器的基本概念和功能- Linux 调度子系统的组成III.Linux 调度策略- 实时调度策略- 普通调度策略- 优先级调度策略IV.Linux 调度器实现- 调度器的工作流程- 具体调度器的实现V.Linux 调度器性能优化- 调度器性能的影响因素- 调度器性能优化的方法VI.总结与展望- 总结Linux 调度子系统的主要内容- 展望Linux 调度子系统的未来发展趋势正文：I.引言Linux 操作系统作为当今广泛应用于服务器、嵌入式设备和超级计算机等领域的开源操作系统，其调度子系统对于系统性能的优化和资源的管理至关重要。

本文将详细介绍Linux 调度子系统的工作原理、调度策略以及性能优化等方面的内容，旨在帮助读者深入了解Linux 调度子系统的原理和实践。

II.Linux 调度子系统概述Linux 调度子系统主要负责对进程进行调度和管理，以实现系统资源的高效利用。

调度器的基本概念和功能包括：分配CPU 时间片给进程、根据进程优先级进行调度、处理进程同步和互斥等问题。

Linux 调度子系统主要包括以下组件：1.调度器：负责进程调度和管理，例如进程的创建、调度、同步和互斥等。

2.进程队列：存储待运行进程的队列，根据进程优先级和状态进行排序。

3.进程上下文：存储进程当前的状态和信息，如进程ID、CPU 寄存器、栈等。

III.Linux 调度策略Linux 调度子系统采用多种调度策略，以满足不同场景的需求。

主要包括以下几种调度策略：1.实时调度策略：针对实时性要求较高的任务，如实时音视频处理、实时控制等。

Linux 调度器根据任务的截止时间和优先级进行调度，确保任务在规定时间内得到及时响应。

2.普通调度策略：针对普通非实时任务，如批处理、Web 服务器等。

Linux 调度器根据进程的优先级和执行时间进行调度，以实现资源的高效利用。

利用多核多线程进行程序优化简介：大家也许还记得2005 年 3 月C++ 大师Herb Sutter 在Dr.Dobb’s Journal 上发表了一篇名为《免费的午餐已经结束》的文章。

文章指出：现在的程序员对效率、伸缩性、吞吐量等一系列性能指标相当忽视，很多性能问题都仰仗越来越快的CPU 来解决。

但CPU 的速度在不久的将来，即将偏离摩尔定律的轨迹，并达到一定的极限。

所以，越来越多的应用程序将不得不直面性能问题，而解决这些问题的办法就是采用并发编程技术。

样例程序程序功能：求从1一直到APPLE_MAX_VALUE (100000000)相加累计的和，并赋值给apple 的a和b；求orange 数据结构中的a[i]+b[i ] 的和，循环ORANGE_MAX_VALUE(1000000)次。

说明：1. 由于样例程序是从实际应用中抽象出来的模型，所以本文不会进行test.a=test.b=test.b+sum、中间变量(查找表)等类似的优化。

2. 以下所有程序片断均为部分代码，完整代码请参看本文最下面的附件。

清单1. 样例程序回页首K-Best 测量方法在检测程序运行时间这个复杂问题上，将采用Randal E.Bryant和David R. O’Hallaron提出的K 次最优测量方法。

假设重复的执行一个程序，并纪录K 次最快的时间，如果发现测量的误差ε 很小，那么用测量的最快值表示过程的真正执行时间，称这种方法为“ K 次最优（K-Best）方法”，要求设置三个参数：K: 要求在某个接近最快值范围内的测量值数量。

ε 测量值必须多大程度的接近，即测量值按照升序标号V1, V2, V3, … , Vi, … ，同时必须满足（1+ ε）Vi >= VkM: 在结束测试之前，测量值的最大数量。

按照升序的方式维护一个K 个最快时间的数组，对于每一个新的测量值，如果比当前K 处的值更快，则用最新的值替换数组中的元素K ，然后再进行升序排序，持续不断的进行该过程，并满足误差标准，此时就称测量值已经收敛。

Linux进程调度的目标1.高效性：高效意味着在相同的时间下要完成更多的任务。

调度程序会被频繁的执行，所以调度程序要尽可能的高效；2.加强交互性能:在系统相当的负载下，也要保证系统的响应时间；3.保证公平和避免饥渴；4.SMP调度：调度程序必须支持多处理系统；5.软实时调度：系统必须有效的调用实时进程，但不保证一定满足其要求；Linux进程优先级进程提供了两种优先级，一种是普通的进程优先级，第二个是实时优先级。

前者适用SCHED_NORMAL调度策略，后者可选SCHED_FIFO或SCHED_RR调度策略。

任何时候，实时进程的优先级都高于普通进程，实时进程只会被更高级的实时进程抢占，同级实时进程之间是按照FIFO（一次机会做完）或者RR（多次轮转）规则调度的。

首先，说下实时进程的调度实时进程，只有静态优先级，因为内核不会再根据休眠等因素对其静态优先级做调整，其范围在0~MAX_RT_PRIO-1间。

默认MAX_RT_PRIO配置为100，也即，默认的实时优先级范围是0~99。

而nice值，影响的是优先级在MAX_RT_PRIO~MAX_RT_PRIO+40范围内的进程。

不同与普通进程，系统调度时，实时优先级高的进程总是先于优先级低的进程执行。

知道实时优先级高的实时进程无法执行。

实时进程总是被认为处于活动状态。

如果有数个优先级相同的实时进程，那么系统就会按照进程出现在队列上的顺序选择进程。

假设当前CPU运行的实时进程A的优先级为a，而此时有个优先级为b的实时进程B进入可运行状态，那么只要b<a，系统将中断A的执行，而优先执行B，直到B无法执行（无论A，B为何种实时进程）。

不同调度策略的实时进程只有在相同优先级时才有可比性：1. 对于FIFO的进程，意味着只有当前进程执行完毕才会轮到其他进程执行。

由此可见相当霸道。

2. 对于RR的进程。

一旦时间片消耗完毕，则会将该进程置于队列的末尾，然后运行其他相同优先级的进程，如果没有其他相同优先级的进程，则该进程会继续执行。

多核处理器Linux的进程绑定处理器核运行名词CPU affinity：中文称作“CPU亲和力”，是指在CMP架构下，能够将一个或多个进程绑定到一个或多个处理器上运行。

一、Linux代码中绑定多核运行1、如果自己写代码，要把进程绑定到CPU，该怎么做？可以用sched_setaffinity函数。

在Linux上，这会触发一次系统调用。

int sched_setaffinity(pid_t pid, unsigned int len, unsigned long *mask);sched_setaffinity 的第一个参数是pid （进程ID），设置进程为pid的这个进程，让它运行在mask所设定的CPU上。

如果pid的值为0，则表示指定的是当前进程，使当前进程运行在mask所设定的那些CPU上；第二个参数cpusetsize是mask所指定的数的长度。

通常设定为sizeof(cpu_set_t)；如果当前pid所指定的CPU此时没有运行在mask所指定的任意一个CPU上,则该指定的进程会从其它CPU上迁移到mask的指定的一个CPU上运行。

int sched_getaffinity(pid_t pid, unsigned int len, unsigned long *mask);该函数获得pid所指示的进程的CPU位掩码，并将该掩码返回到mask所指向的结构中，即获得指定pid当前可以运行在哪些CPU上。

同样，如果pid的值为0.也表示的是当前进程。

void CPU_ZERO (cpu_set_t *set)这个宏对CPU 集set 进行初始化，将其设置为空集。

void CPU_SET (int cpu, cpu_set_t *set)这个宏将cpu 加入CPU 集set 中。

void CPU_CLR (int cpu, cpu_set_t *set)这个宏将cpu 从CPU 集set 中删除。

本章将为大家介绍内核中存在的各种任务调度机理以及它们之间的逻辑关系（这里将覆盖进程调度、推后执行、中断等概念、），在此基础上向大家解释内核中需要同步保护的根本原因和保护方法。

最后提供一个内核共享链表同步访问的例子，帮助大家理解内核编程中的同步问题。

内核任务调度与同步关系引言对于从事应用程序开发的朋友来说，用户空间的任务调度与同步之间的关系相对简单，无需过多考虑需要同步的原因。

这一是因为在用户空间中各个进程都拥有独立的运行空间，进程内部的数据对外不可见，所以在各个进程即使并发执行也不会产生对数据访问的竞争。

第二是因为用户空间与内核空间独立，所以用户进程不会与内核任务交错执行，因此用户进程不存在与内核任务并发的可能。

以上两个原因使得用户同步仅仅需要在进程间通讯和多线程编程时需要考虑。

但是在内核空间中情况要复杂的多，需要考虑同步的原因大大增加了。

这是因为内核空间中的共享数据对内核中的所有任务可见，所以当在内核中访问数据时，就必须考虑是否会有其他内核任务并发访问的可能、是否会产生竞争条件、是否需要对数据同步。

而内核并发的“罪魁祸首”便是内核中复杂多变的任务调度——这里的任务调度包含所有可能引起内核任务更换的情况。

并发，竞争和同步的概念，我们假定大家都有所了解，本文不再重申。

下面一段描述了上述几个概念之间的大致关系，这种关系在内核中同样适用。

对于多线程程序的开发者来说，往往会利用多线程访问共享数据，避免繁琐的进程间通讯。

但是多线程对共享数据的并发访问有可能产生竞争，使得数据处于不一致状态，所以需要一些同步方法来保护共享数据。

多线程的并发执行是由于线程被抢占式的调度——一个线程在对共享数据访问期间（还未完成）被调度程序中断，将另一个线程投入运行——如果新被调度的线程也要对这个共享数据进行访问，就将产生竞争。

为了避免竞争产生，需要使线程串行地访问共享数据，也就是说访问需要同步——在一方对数据访问结束后，另一方才能对同一数据进行访问。