linux进程调度的方法

31 Ｌｉｎｕｘ的进程调度策略　

贺 炎１ 刘曙霞２　

（１．西安电子科技大学计算机学院，陕西西安　７１００７１；２．山东菏泽电视台，山东菏泽　２７４０００） 摘 要 随着Ｌｉｎｕｘ操作系统在嵌入式系统方面的应用越来越广泛，关于增强并改进Ｌｉｎｕｘ对实时任务支持方面的研究也越来越多。该文通过对Ｌｉｕｎｘ下进程调度的原理、依据以及调度算法、实时调度策略的全面分析，说明了Ｌｉｎｕｘ对普通进程和实时进程进行相应处理的过程。同时为了改进Ｌｉｎｕｘ对实时任务的支持，提出了一种混合调度算法。　关键词 Ｌｉｎｕｘ，嵌入式系统，进程，实时性，调度策略。　中图分类号 ＴＰ３１６ １　前　言　

近年来，嵌入式Ｌｉｎｕｘ成为嵌入式系统方向上的一个研究热点，但是Ｌｉｎｕｘ本身作为一个分时操作系统并不能很好地支持实时任务，为了改进其实时性能，该文将对Ｌｉｎｕｘ的进程调度策略做出研究。　调度的实质是资源的分配，如何使系统能够保持较短的响应时间和较高的吞吐量，如何在多个可运行的进程中选取一个最值得运行的进程投入运行是调度器的主要任务。进程调度包括两个方面的内容：何时分配ＣＰＵ时间（调度时机）即调度器什么时候启动；如何选择进程（调度算法）即调度器该怎么做。进程调度算法是解决如何使资源分配策略最优化的关键。　一个好的调度算法应当考虑如下因素［１］：　（１）公平：保证每个进程都得到合理的ＣＰＵ时间；　（２）高效：使ＣＰＵ保持忙碌状态，即总是有进程在ＣＰＵ上运行；　（３）响应时间：使交互用户的响应时间尽可能短；　（４）周转时间：使批处理用户等待输出的时间尽可能短；　（５）吞吐量：使单位时间内处理的进程数量尽可能多。 Ｌｉｎｕｘ本身作为分时操作系统，其系统目标为较好的平均系统响应时间和较高的吞吐量，而实时系统则主要考虑任务的按时完成、尽量减少进程运行的不可预测性等。近年来，Ｌｉｎｕｘ在实时性支持方面取得了长足的发展，标准Ｌｉｎｕｘ系统支持实时和非实时（普通）两种进程，因此进程调度策略应该充分考虑普通进程和实时进程的差别。　

Linux进程调度

一、概述

自1991年Linux操作系统出现以来，Linux操作系统以令人惊异的速度迅速在服务器和桌面系统中获得了成功。它已经被业界认为是未来最有前途的操作系统之一，并且在嵌入式领域，由于Linux操作系统具有开放源代码、良好的可移植性、丰富的代码资源以及异常的健壮，使得它获得越来越多的关注。[1]本文分析了Linux操作系统中几种常用的调度算法。

二、高级、中级和低级调度

在操作系统中，存在很多种调度，如用户提交作业的调度、运行进程的调度、I/O 请求的调度、存储空间切换的调度等。在不同的操作系统中所采用的调度方式不完全相同，在执行调度时所采用的调度算法也可能不同。因此，可从不同的角度对调度进行分类。常用的一种分类方法是按调度的层次，把调度分为高级调度、中级调度和低级调度。

（1）高级调度

高级调度通常也称作业调度，用于决定把外存上处于后备队列中的哪些作业调入内存，准备执行。系统接纳一个作业后，将它变为一个或者多个进程，为它们分配除了处理机之外的必要的系统资源后，将其排入就绪队列，准备执行。 值得注意的是，在批处理系统中，作业进入系统后，是先驻留在外存上的，因此，需要有作业调度，以将它们分批装入内存；在分时系统中，为了能及时响应，用户通过键盘输入的命令或数据等，都是直接送入内存，因而无须配置作业调度；类似地，在实时系统中，通常也不需要作业调度。

（2）中级调度

中级调度大多针对于分时系统，是按一定的算法在内存和外存之间进行进程对换，目的在于缓和内存的紧张。为此，应使那些暂时不具备执行条件的进程不再占用宝贵的内存空间，将它们挂起并调至外存上等待，称此时进程的状态为挂起状态。当这些进程重新又具备执行条件，且内存已空闲时，再由中级调度决定，将外存上哪些已具备执行条件的进程解除挂起后重新调入内存，排在进程就绪队列上，等待进程调度。

由此可见，中级调度实质上是决定允许哪些进程有资格参与竞争处理机资源。中级调度实施的方法是“挂起”和“解除挂起”进程，将进程的程序和数据在内存与外存间进行对换，以达到短期调整系统负荷的作用。所以中级调度也常称为进程对换。中级调度实际上就是存储器管理中的进程对换功能。

商业科技　

基于Ｌｉｎｕｘ系　统中进程调度分析　

一院浩重庆大学软件学院　

［摘要］Ｌｉｎｕｘ．￣－－个多用户多任务的操作系统，Ｌｉｎｕｘ实现了对多个进程公平、高效的调度，并不是采用单一的调度策略，而是　几种调度策略有机地综合应用。　［关键词］进程调度优先级时间片轮转实时进程　

在任何一种操作系统中，进程调度一直是一个核心问题，进程　调度策略的选择对整个系统性能有至关重要的影响，一个好的调度　

算法应该考虑很多方面：公平、有效、响应时间、周转时间、系统　

吞吐量等等，但这些因素之间又是相互矛盾的，最终的取舍根据系　

统要达到的目标而定，本文以Ｌｉｎｕｘ操作系统为例，分析其进程调　

度策略，以期对进程调度过程有更深层次的认识。　

一、Ｌｉｎｕｘ的进程调度　Ｌｉｎｕｘ支持多进程。进程控制块ＰＣＢ（Ｐｒｏｃｅｓｓ　Ｃｏｎｔｒｏｌ　Ｂｌｏｃｋ）是　

系统中最为重要的数据结构之一，用来存放进程所必需的各种信　息，ＰＣＢ用结构ｔａｓｋ—ｓｔｒｕｃｔ来表示，包括进程的类型、进程状态、　

优先级、时钟信息等。Ｌｉｎｕｘ系统中，进程调度操作由ｓｃｈｅｄｕｌｅ（）函　数执行，这是一个只在内核态运行的函数，函数代码为所有进程共　

享。　

二、Ｌｉｎｕｘ进程调度时机　Ｌｉｎｕｘ的进程调度时机与现代操作系统中的调度时机基本一　

致。为了判断是否可以执行内核的进程调度程序来调度进程，　Ｌｉｎｕｘ中设置了进程调度标志ｎｅｅｄ—ｒｅｓｃｈｅｄ，当标志为１时，可执　

行调度程序．通常，Ｌｉｎｕｘ调度时机分以下两种情况：（１）主动调　度：指显式调用ｓｃｈｅｄｕｌｅ０￣数明确释放ＣＰＵ，引起新一轮调度．　

一般发生在当前进程状态改变，如：进程终止、进程睡眠、进程　

对某些信号处理过程中等，（２）被动调度：指不显示调用ｓｃｈｅｄｕｌｅ（）　函数，只是ＰＣＢ中的ｎｅｅｄ—ｒｅｓｃｈｅｄ进程调度标志，该域置位为１　

将引起新的进程调度，而每当中断处理和系统调用返回时，核心　调度程序都会主动查询ｎｅｅｄ—ｒｅｓｃｈｅｄ的状态（若置位，则主动调用　

Linux，Windows和UNIX的进程调度的分析

摘要：本文以Linux ，Unix ，Windows操作系统为例，分析其进程调度策略，以期对进程调度过程有更深层次的认识

关键词：进程调度 优先级 时间片轮转 实时进程 分时技术

引言：无论是在批处理系统还是分时系统中，用户进程数一般都多于处理机数、这将导致它们互相争夺处理机。另外，系统进程也同样需要使用处理机。这就要求进程调度程序按一定的策略，动态地把处理机分配给处于就绪队列中的某一个进程，以使之执行。

进程调度的具体功能可总结为如下几点：

作为进程调度的准备，进程管理模块必须将系统中各进程的执行情况和状态特征记录在各进程的PCB表中。并且，根据各进程的状态特征和资源需求等、进程管理模块还将各进程的PCB表排成相应的队列并进行动态队列转接。进程调度模块通过PCB变化来掌握系统中存在的所有进程的执行情况和状态特征，并在适当的时机从就绪队列中选择出一个进程占据处理机。

选择占有处理机的进程

进程调度的主要功能是按照一定的策略选择—个处于就绪状态的进程，使其获得处理机执行。根据不同的系统设计目的，有各种各样的选择策略，例如系统开销较少的静态优先数调度法，适合于分时系统的轮转法(Round RoLin)和多级互馈轮转法(Round Robin with

Multip1e feedback)等。这些选择策略决定了调度算法的性能。

进行进程上下文切换

—个进程的上下文(context)包括进程的状态、有关变量和数据结构的值、机器寄存器的值和PCB以及有关程序、数据等。一个进程的执行是在进程的上下文中执行。当正在执行的进程由于某种原因要让出处理机时，系统要做进程上下文切换，以使另一个进程得以执行。当进行上下文切换时点统要首先检查是否允许做上下文切换(在有些情况下，上下文切换是不允许的，例如系统正在执行某个不允许中断的原语时)。然后，系统要保留有关被切换进程的足够信息，以便以后切换回该进程时，顺利恢复该进程的执行。在系统保留了CPU现场之后，调度程序选择一个新的处于就绪状态的进程、并装配该进程的上下文，使CPU的控制权掌握在被选中进程手中。