Linux 进程调度器入门

简介: Linux 进程调度器入门

进程调度器



对于CPU进程调度,目前主流的方式是两种,第一种是像window那样抢占式调度,每一个CPU可能会出现调度时间分配不等的情况,这是由于历史硬件单核性能强多核性能弱考虑。

而另一种是时间分片的方式,时间分片是Linux 常见的进程调度器,特点是每一个进程有近似相等的CPU使用权,在使用完成之后立马交给下一个进程完成工作,使用分片的方式虽然可能导致一些重要任务延迟,但这样的处理和调度方式使得系统最为稳定。


一些结论


针对Linux进程调度可以有下面的思考:

  • 每一个CPU同一时间只能调度一个进程
  • 每一个进程有*近乎相等的执行时间
  • 对于逻辑CPU而言进程调度使用轮询的方式执行,当轮询完成则回到第一个进程反复
  • 进程数量消耗时间和进程量成正比

对于进程调度来说不能保证一个程序是连续完成的,由于CPU调度和进程切换,上下文也会出现切换情况。


进程状态


对于大部分进程来说,当我们不使用的时候多数处于睡眠状态。

除了睡眠状态之外,进程还有下面几种状态

  • 运行状态:获得CPU调度,执行进程任务
  • 僵死状态:进程等待结束,等待父进程回收
  • 就绪状态:具备运行条件,等待CPU分配
  • 睡眠状态:进程不准备运行除非某种条件触发才会获得CPU调度分配。

对于处在睡眠态的进程触发运行态的条件如下

  • 外部存储器访问,
  • 用户键入或者鼠标操作触发事件
  • 等待指定时间
  • 等待指定时间

通过ps ax命令可以查看当前的进程状态,下面的案例以个人的Mac电脑为例:


MacBook-Pro ~ % ps ax
  PID   TT  STAT      TIME COMMAND
32615   ??  Ss     0:00.11 /usr/libexec/nearbyd
32632   ??  Ss     0:00.51 /System/Library/CoreServices/Screen Time.app/Content
32634   ??  Ss     0:00.02 /System/Library/PrivateFrameworks/Categories.framewo
32635   ??  S      0:00.12 /System/Library/CoreServices/iconservicesagent
32636   ??  Ss     0:00.05 /System/Library/CoreServices/iconservicesd
32671   ??  S      0:02.44 /Applications/Microsoft Edge.app/Contents/Frameworks
32673   ??  S      0:02.86 /Applications/Microsoft Edge.app/Contents/Frameworks
32678   ??  Ss     0:00.17 /System/Library/PrivateFrameworks/UIFoundation.frame
32726   ??  S      0:00.07 /System/Library/Frameworks/CoreServices.framework/Fr
32736   ??  S      0:00.08 /System/Library/Frameworks/CoreServices.framework/Fr
32738   ??  S      0:00.75 /System/Applications/Utilities/Terminal.app/Contents
32739   ??  Ss     0:00.02 /System/Library/PrivateFrameworks/Categories.framewo
32746   ??  Ss     0:00.03 /System/Library/Frameworks/Metal.framework/Versions/
32740 s000  Ss     0:00.02 login -pf xxxxxx
32741 s000  S      0:00.03 -zsh
32750 s000  R+     0:00.01 ps ax


s表示sleep,d表示此时可能在等待磁盘IO,但是如果长时间处于D状态则可能是磁盘IO等待超时或者内核可能发生故障。


网络异常,图片无法展示
|


那么如果只执行一个进程,同时在进程中间休眠过一次,那么休眠的时候进程在干什么?

此时进程会进入一个空进程的模式轮询,但是空进程不是没有事做,而是需要调用一些维持系统运行的线程,为了保证系统正常稳定运行。

如果只有CPU和空闲进程,那么同样会不断的切换睡眠态和运动态,运动态获取用户输入操作完成动作,睡眠态则执行一些轻量操作。

针对睡眠态的进程会有如下特点:

  • 遵循同一时间CPU只能完成一个进程操作
  • 睡眠态不占用CPU时间,也就是完全不管。


吞吐量和延迟


  1. 吞吐量:处理完成的进程数量 / 耗费时间
  2. 延迟:结束处理时间 - 开始处理时间

通过这两点可以总结几个规则:吞吐量的上限是进程的数量多过逻辑CPU的数量,则再增加进程无法增加吞吐量,另外进程中的延迟总是平均的,也就是说多个进程执行会获得近似平均的延迟,最后进程越多延迟越高。

但是现实系统没有那么多理想情况,多数情况是下面几种:

  • 空闲进程,此时吞吐量很低,因为很多逻辑CPU都在睡眠状态
  • 进程运行态,但是没有就绪,比较理想,CPU可以安排到下一次处理,此时虽然不会延长,但是会出现CPU空闲的情况
  • 进程运行态,同时都就绪,此时就好像赛跑,但是只有一个跑道,跑得快的可以抢着多处理,但是总归都要跑完赛道,所以此时延迟变长

最后其实由于程序编写都是单线程的情况,一核运行,多核围观或许在过去更位普遍。

最终主要的优化方式是使用 sar 命令找到运行时间和开销最大进程,同时把一些死进程kill掉。


多CPU调度情况


因为是分片时间每一个进程用一个CPU工作,那么分配和调度CPU安排工作又是如何的? 主要有两种方式,第一种是通过轮询的负载均衡,另一种是全局分配,把任务分配给空闲进程的逻辑CPU。

负载均衡是CPU遇到进程任务依次安排工作,当最后一个CPU安排完成之后,则再回到第一个CPU进行分配,同时都是对于进程执行一定的时间,也就是说出现CPUa处理一部分,另一部分可能是CPUb完成。 全局分配的方式比较简单,就是把任务分配给处于空闲进程的逻辑CPU完成工作。

查看系统逻辑CPU的命令如下:

grep -c processor /proc/cpuinfo

多核cpu通常只有在同时运行多个进程的时候才会发挥作用,但是并不是说有多少核心就有多少倍性能,因为大部分时候进程很少很多CPU都在睡眠态度

如果进程超过逻辑CPU数量,无论怎么增加进程都不会提高处理速度

最后处于睡眠状态的进程其实可以指定睡眠时间,通过sleep函数调用完成进程休眠的操作。

相关文章
|
2天前
|
缓存 监控 Linux
linux进程管理万字详解!!!
本文档介绍了Linux系统中进程管理、系统负载监控、内存监控和磁盘监控的基本概念和常用命令。主要内容包括: 1. **进程管理**: - **进程介绍**:程序与进程的关系、进程的生命周期、查看进程号和父进程号的方法。 - **进程监控命令**:`ps`、`pstree`、`pidof`、`top`、`htop`、`lsof`等命令的使用方法和案例。 - **进程管理命令**:控制信号、`kill`、`pkill`、`killall`、前台和后台运行、`screen`、`nohup`等命令的使用方法和案例。
19 4
linux进程管理万字详解!!!
|
1天前
|
算法 Linux 定位技术
Linux内核中的进程调度算法解析####
【10月更文挑战第29天】 本文深入剖析了Linux操作系统的心脏——内核中至关重要的组成部分之一,即进程调度机制。不同于传统的摘要概述,我们将通过一段引人入胜的故事线来揭开进程调度算法的神秘面纱,展现其背后的精妙设计与复杂逻辑,让读者仿佛跟随一位虚拟的“进程侦探”,一步步探索Linux如何高效、公平地管理众多进程,确保系统资源的最优分配与利用。 ####
15 4
|
2天前
|
Unix Linux Shell
linux入门!
本文档介绍了Linux系统入门的基础知识,包括操作系统概述、CentOS系统的安装与远程连接、文件操作、目录结构、用户和用户组管理、权限管理、Shell基础、输入输出、压缩打包、文件传输、软件安装、文件查找、进程管理、定时任务和服务管理等内容。重点讲解了常见的命令和操作技巧,帮助初学者快速掌握Linux系统的基本使用方法。
16 3
|
2天前
|
缓存 负载均衡 算法
Linux内核中的进程调度算法解析####
本文深入探讨了Linux操作系统核心组件之一——进程调度器,着重分析了其采用的CFS(完全公平调度器)算法。不同于传统摘要对研究背景、方法、结果和结论的概述,本文摘要将直接揭示CFS算法的核心优势及其在现代多核处理器环境下如何实现高效、公平的资源分配,同时简要提及该算法如何优化系统响应时间和吞吐量,为读者快速构建对Linux进程调度机制的认知框架。 ####
|
3天前
|
消息中间件 存储 Linux
|
10天前
|
运维 Linux
Linux查找占用的端口,并杀死进程的简单方法
通过上述步骤和命令,您能够迅速识别并根据实际情况管理Linux系统中占用特定端口的进程。为了获得更全面的服务器管理技巧和解决方案,提供了丰富的资源和专业服务,是您提升运维技能的理想选择。
10 1
|
22天前
|
算法 Linux 调度
深入理解Linux操作系统的进程管理
【10月更文挑战第9天】本文将深入浅出地介绍Linux系统中的进程管理机制,包括进程的概念、状态、调度以及如何在Linux环境下进行进程控制。我们将通过直观的语言和生动的比喻,让读者轻松掌握这一核心概念。文章不仅适合初学者构建基础,也能帮助有经验的用户加深对进程管理的理解。
16 1
|
Linux 调度
linux调度器源码分析 - 初始化(二)
本文为原创,转载请注明:http://blog.chinaunix.net/uid/26772321.html 引言   上期文章linux调度器源码分析 - 概述(一)已经把调度器相关的数据结构介绍了一遍,本篇着重通过代码说明调度器在系统启动初始化阶段是如何初始化和工作的。
1023 0
|
Linux 调度
linux调度器源码分析 - 新进程加入(三)
本文为原创,转载请注明:http://blog.chinaunix.net/uid/26772321.html  引言   之前的文章已经介绍了调度器已经初始化完成,现在只需要加入一个周期定时器tick驱动它进行周期调度即可,而加入定时器tick在下一篇文章进行简单说明(主要这部分涉及调度器比较少,更多的是时钟、定时器相关知识)。
1084 0
|
Linux 调度
linux调度器源码分析 - 运行(四)
本文为原创,转载请注明:http://blog.chinaunix.net/uid/26772321.html 引言   之前的文章已经将调度器的数据结构、初始化、加入进程都进行了分析,这篇文章将主要说明调度器是如何在程序稳定运行的情况下进行进程调度的。
894 0