1 linux进程分类

当涉及有关调度的问题时, 传统上把进程分类为”I/O受限(I/O-dound)”或”CPU受限(CPU-bound)”.

另外一种分法把进程区分成三类

1.2 linux优先级和分类

操作系统的经典的进程调度算法是基于优先级调度的，优先级的核心思想就是把进程按照优先级进行分类，紧急的进程优先级高，不紧急、不重要的进程优先级低。调度器总是从就绪队列中选择优先级高的进程进行调度，而且优先级高的进程分配时间片会比优先级低的进程长，这体现了一种等级制度。

所以进程优先级代表了进程需要运行的

紧急程度

和需要

更多的运行时间片

，linux操作系统最早开始采用nice值来调整进程的优先级。nice值的思想是要对其他进程友好，就需要降低优先级来支持其他进程消耗更多的处理器时间。

nice值的范围是 【-20 , 19】， 默认值是0，nice值越大，优先级反而越低，nice值越小，优先级越高

nice值为-20表明这个进程非常重要，优先级最高；而nice值是19，表明允许其他进程比这个进程优先享有宝贵的CPU资源

内核使用0-139数值表示进程优先级，数值越小，优先级越高。优先级0

_{99给实时进程使用，100}

139给普通进程使用。另外，在用户空间中有一个传统的变量nice，用于映射普通进程的优先级，即100~139


linux按照优先级分为两类进程


• 
  实时进程：
  
  要求最快被响应，比如视频、工业机器控制程序，
  
其优先级为0 ~ 99

• 
  非实时进程
  
  ：即普通进程，我们大部分程序使用的，
  
其优先级为100 ~ 139

  其还可以细分为两类
  • 交互式进程，需要响应前台请求
  • 后台批处理进程

linux内核中task_struct数据结构中使用了4个成员描述进程的优先级

1.3 linux权重

linux内核除了使用优先级来表示进程的轻重缓急之外，在实际调度器中还是用了权重的概念来表示进程的优先级，为了计算方便，内核约定nice值为0的进程权重为1024，其他的nice值对应的进程权重值可以通过查表的方式来获取，内核预先计算好了一个表sched_prio_to_weight，表的下标对应Nice值为[-20 ~ 19]

2. linux调度时机

对于调度器，一个很重要的时调度时机问题，在什么情况下，什么时候发生调度？也就是说在什么情况下，什么时候，把现在占用CPU的进程替换下来，根据进程生命周期的图示，

内核运行调度程序的条件为

• 进程从运行状态切换到就绪状态或者等待状态
• 进程被终结了，就需要从就绪队列中选择下一个进程进行运行

同时哪些场景不能发生调度呢？

• 
  在中断处理过程中：
  
  中断处理过程，与硬件密切相关，很难做到中断处理过程进行进程切换
• 
  在内核程序临界区：
  
• 
  在原子操作过程中：
  

非抢占内核和抢占内核

在不支持内核抢占的系统中，进程/线程一旦运行于内核空间，就可以一直运行，直到他主动放弃或者耗尽时间片为止，这样就会导致非常紧急的进程或线程长时间得不到运行。

例如，当外部来了一个中断，中断程序程序处理完后，需要一个用户程序B对此进程进行进一步处理。而此时进程A正在使用系统调用进入内核态，那么只有等到A从系统调用返回，内核进行调度，B才有可能被运行。假设A的系统调用占用CPU的时间为T，这个T大于用户要求的响应时间，那么这个系统就不够实时

为了提高Linux的实时性。在linux2.6中引入了“Kernel preemption”（内核抢占调度模式）。并很好的解决了这个问题。一句话就是抢占式内核可以在进程处于内核态时，进行抢占。

为保证Linux内核在以上情况下不会被抢占，抢占式内核使用了一个变量preempt_count，称为内核抢占计数。这一变量被设置在进程的thread_info结构中。每当内核要进入以上几种状态时，变量preempt_count就加1，指示内核不允许抢占。每当内核从以上几种状态退出时，变量preempt_count就减1，同时进行可抢占的判断与调度。

抢占式内核什么时候能发生调度呢？

• 中断请求被服务历程响应完成，在返回之前被中断的进程时，可以根据需要进行调度
• 一系统抢占式的调度器函数：preempt_schedule；preempt_schedule_irq。它们都是调用schedule来完成调度的
• 同样的当时间片用完，进程处于就绪等待状态的时候，会发生调度

在支持内核抢占的系统中，某些特例下是不允许内核抢占的：

• 内核正进行中断处理。进程调度函数schedule()会对此作出判断，如果是在中断中调用，会打印出错信息。
• 内核正在进行中断上下文的Bottom Half(中断的底半部)处理。硬件中断返回前会执行软中断，此时仍然处于中断上下文中。
• 进程正持有spinlock自旋锁、writelock/readlock读写锁等，当持有这些锁时，不应该被抢占，否则由于抢占将导致其他CPU长期不能获得锁而死等。
• 内核正在执行调度程序Scheduler。抢占的原因就是为了进行新的调度，没有理由将调度程序抢占掉再运行调度程序。

3. linux调度策略

根据什么准则挑选下一个进入运行的进程。从running的进程队列中找出一个进程，来占用CPU，让它运行。

linux调度依赖于调度策略，Linux内核把相同的调度策略抽象成调度类(schedule class)。不同类型的进程采用不同的调度策略，目前Linux内核默认实现了5中调度类，分别是stop、deadline、realtime、CFS和idle，他们分别使用sched_class来实现，并且通过next指针串联在一起

用户空间程序 可以使用调度策略接口函数(sched_setscheduler())来设定用户进程的调度策略，linux内核对于调度策略定义如下：

4. 总结