三、Linux OS进程调度机制探讨

　　这里将探讨一下Linux OS的进程调度实现的原理，具体代码就不深挖了。

　　先来说说一些基础知识：

　　3.1 进程调度相关基础知识

　　在一个系统中，经常运行着多个进程，和CPU个数相比，当然是进程数远远大于CPU个数咯，那么就存在为进程分配CPU资源的问题。一般而言，有两种分配方式，一个是由进程间协调，例如一个比较友好的进程在一定的时刻主动让出CPU，这样其他进程就有机会使用CPU。但是这种类似道德上的约束往往行不通，因为总会有“恶意“进程存在嘛！另外一个比较难以克服的问题是友好的标准没法统一，例如什么时候该友好一下？除了这种不靠谱的道德约束外，大师们又引进了抢占式分配，这种分配方式类似法律约束。每个进程会分配一定的CPU资源，OS也会定时（处理时钟中断）+定点（比如系统调用返回到userspace前，）检查进程的CPU资源使用情况。一旦某个进程CPU资源消耗完毕，则会毫不留情地挑选下一个进程运行。

　　在操作系统理论中，CPU资源一般用时间片（time slice）来表示。直观意义就是分配给一个进程可以运行在CPU上的时间。也就是CPU资源是用时间单位来衡量的。

　　当然，进程调度是一套复杂的算法，图2展示了Linux上进程调度算法的演化历史。

图2 Linux进程调度算法演化史

　　从使用CPU的方式来看，进程大体可分为I/O-bound和CPU-bound。二者有什么不同呢？I/O-bound类型的进程大部分时间都处于等待I/O的状态，当然这种I/O是广义的，例如等待用户按键事件，等待磁盘读写完成。而CPU-bound对于那种需要大量计算的进程，例如一个软件编解码算法，最极端的就是一个while死循环。从用户体验来说，I/O-B这种进程大部分都是需要人机交互的。OS设计进程调度算法时，一般偏向于IO-B进程，这样至少用户用起来不会感觉不爽。

　　3.2 Linux进程调度研讨

　　1、调度算法

　　我们先介绍下和进程调度息息相关的进程优先级相关的知识。

　　最直观的想法就是给每个进程设置一个调度优先级，然后按照round-robin方式每次挑选一个优先级最高的进程运行。

　　那么，在Linux中，这个调度优先级是通过nice值来反映的，从-20到19。值越大表示该进程越nice，这个nice是对其他进程的nice，所以优先级越低。

　　再解决优先级的概念后，我们再来看第二个基本问题：CPU资源：time-slice是什么？以及它如何与优先级结合起来？

　　最先想到的就是time-slice应该是一个时间单位，例如20ms。然后每种调度优先级的time-slice和该级别有某种计算关系，例如线性。假设0级对应的时间片是20ms，那么1级的就是15ms。

　　默认时间片（对应0度优先级）该取多大呢？太大的话（例如2秒）则会导致漫长（从CPU速度来看）的用户等待，例如每个进程都需要运行2秒才会让出CPU，这样的系统运行起来给人一顿一顿的感觉。而太小的话（例如1ms）则会导致CPU把大量时间浪费在进程上下文切换。前辈们经过长期的实际使用，一般系统设置的默认时间片在20ms或者10ms。