❶ linux進程的調度
上回書說到 Linux進程的由來 和 Linux進程的創建 ，其實在同一時刻只能支持有限個進程或線程同時運行(這取決於CPU核數量，基本上一個進程對應一個CPU)，在一個運行的操作系統上可能運行著很多進程，如果運行的進程占據CPU的時間很長，就有可能導致其他進程餓死。為了解決這種問題，操作系統引入了 進程調度器 來進行進程的切換，輪流讓各個進程使用CPU資源。
1）rq： 進程的運行隊列( runqueue)， 每個CPU對應一個 ，包含自旋鎖(spinlock)、進程數量、用於公平調度的CFS信息結構、當前運行的進程描述符等。實際的進程隊列用紅黑樹來維護(通過CFS信息結構來訪問)。
2）cfs_rq： cfs調度的進程運行隊列信息 ，包含紅黑樹的根結點、正在運行的進程指針、用於負載均衡的葉子隊列等。
3）sched_entity： 把需要調度的東西抽象成調度實體 ，調度實體可以是進程、進程組、用戶等。這里包含負載權重值、對應紅黑樹結點、 虛擬運行時vruntime 等。
4）sched_class：把 調度策略(演算法)抽象成調度類 ，包含一組通用的調度操作介面。介面和實現是分離，可以根據調度介面去實現不同的調度演算法，使一個Linux調度程序可以有多個不同的調度策略。
1） 關閉內核搶占 ，初始化部分變數。獲取當前CPU的ID號，並賦值給局部變數CPU， 使rq指向CPU對應的運行隊列 。 標識當前CPU發生任務切換 ，通知RCU更新狀態，如果當前CPU處於rcu_read_lock狀態，當前進程將會放入rnp-> blkd_tasks阻塞隊列，並呈現在rnp-> gp_tasks鏈表中。 關閉本地中斷 ，獲取所要保護的運行隊列的自旋鎖， 為查找可運行進程做准備 。
2） 檢查prev的狀態，更新運行隊列 。如果不是可運行狀態，而且在內核態沒被搶占，應該從運行隊列中 刪除prev進程 。如果是非阻塞掛起信號，而且狀態為TASK_INTER-RUPTIBLE，就把該進程的狀態設置為TASK_RUNNING，並將它 插入到運行隊列 。
3）task_on_rq_queued(prev) 將pre進程插入到運行隊列的隊尾。
4）pick_next_task 選取將要執行的next進程。
5）context_switch(rq, prev, next)進行 進程上下文切換 。
1) 該進程分配的CPU時間片用完。
2) 該進程主動放棄CPU(例如IO操作)。
3) 某一進程搶佔CPU獲得執行機會。
Linux並沒有使用x86 CPU自帶的任務切換機制，需要通過手工的方式實現了切換。
進程創建後在內核的數據結構為task_struct ， 該結構中有掩碼屬性cpus_allowed，4個核的CPU可以有4位掩碼，如果CPU開啟超線程，有一個8位掩碼，進程可以運行在掩碼位設置為1的CPU上。
Linux內核API提供了兩個系統調用 ，讓用戶可以修改和查看當前的掩碼：
1) sched_setaffinity()：用來修改位掩碼。
2) sched_getaffinity()：用來查看當前的位掩碼。
在下次task被喚醒時，select_task_rq_fair根據cpu_allowed里的掩碼來確定將其置於哪個CPU的運行隊列，一個進程在某一時刻只能存在於一個CPU的運行隊列里。
在Nginx中，使用了CPU親和度來完成某些場景的工作：
worker_processes 4;
worker_cpu_affinity 0001001001001000;
上面這個配置說明了4個工作進程中的每一個和一個CPU核掛鉤。如果這個內容寫入Nginx的配置文件中，然後Nginx啟動或者重新載入配置的時候，若worker_process是4，就會啟用4個worker，然後把worker_cpu_affinity後面的4個值當作4個cpu affinity mask，分別調用ngx_setaffinity，然後就把4個worker進程分別綁定到CPU0～3上。
worker_processes 2;
worker_cpu_affinity 01011010;
上面這個配置則說明了兩個工作進程中的每一個和2個核掛鉤。
❷ linux的進程調度採用的是
Linux進程調度採用的是搶占式多任務處理，所以進程之間的掛起和繼續運行無需彼此之間的協作。
在一個如linux這樣的多任務系統中，多個程序可能會競爭使用同一個資源，在這種情況下，我們認為，執行短期的突發性工作並暫停運行以等待輸入的程序，要比持續佔用處理器以進行計算或不斷輪詢系統以查看是否有輸入到達的程序要更好。我們稱表現好的程序為nice程序，而且在某種意義上，這個nice 是可以被計算出來的。操作系統根據進程的nice值來決定它的優先順序，一個進程的nice值默認為0並將根據這個程序的表現不斷變化。長期不間斷運行的程序的優先順序一般會比較低。
❸ Linux 進程管理之進程調度與切換
我們知道，進程運行需要各種各樣的系統資源，如內存、文件、列印機和最
寶貴的 CPU 等，所以說，調度的實質就是資源的分配。系統通過不同的調度演算法（Scheling Algorithm）來實現這種資源的分配。通常來說，選擇什麼樣的調度演算法取決於資源分配的策略（Scheling Policy）。
有關調度相關的結構保存在 task_struct 中，如下：
active_mm 是為內核線程而引入的，因為內核線程沒有自己的地址空間，為了讓內核線程與普通進程具有統一的上下文切換方式，當內核線程進行上下文切換時，讓切換進來的線程的 active_mm 指向剛被調度出去的進程的 active_mm（如果進程的mm 域不為空，則其 active_mm 域與 mm 域相同）。
在 linux 2.6 中 sched_class 表示該進程所屬的調度器類有3種：
進程的調度策略有5種，用戶可以調用調度器里不同的調度策略：
在每個 CPU 中都有一個自身的運行隊列 rq，每個活動進程只出現在一個運行隊列中，在多個 CPU 上同時運行一個進程是不可能的。
運行隊列是使用如下結構實現的：
tast 作為調度實體加入到 CPU 中的調度隊列中。
系統中所有的運行隊列都在 runqueues 數組中，該數組的每個元素分別對應於系統中的一個 CPU。在單處理器系統中，由於只需要一個就緒隊列，因此數組只有一個元素。
內核也定義了一下便利的宏，其含義很明顯。
Linux、c/c++伺服器開發篇-------我們來聊聊進程的那些事
Linux內核 進程間通信組件的實現
學習地址：C/C++Linux伺服器開發/後台架構師【零聲教育】-學習視頻教程-騰訊課堂
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在分析調度流程之前，我們先來看在什麼情況下要執行調度程序，我們把這種情況叫做調度時機。
Linux 調度時機主要有。
時機1，進程要調用 sleep() 或 exit() 等函數進行狀態轉換，這些函數會主動調用調度程序進行進程調度。
時機2，由於進程的時間片是由時鍾中斷來更新的，因此，這種情況和時機4 是一樣的。
時機3，當設備驅動程序執行長而重復的任務時，直接調用調度程序。在每次反復循環中，驅動程序都檢查 need_resched 的值，如果必要，則調用調度程序 schele() 主動放棄 CPU。
時機4 ， 如前所述， 不管是從中斷、異常還是系統調用返回， 最終都調用 ret_from_sys_call()，由這個函數進行調度標志的檢測，如果必要，則調用調用調度程序。那麼，為什麼從系統調用返回時要調用調度程序呢？這當然是從效率考慮。從系統調用返回意味著要離開內核態而返回到用戶態，而狀態的轉換要花費一定的時間，因此，在返回到用戶態前，系統把在內核態該處理的事全部做完。
Linux 的調度程序是一個叫 Schele() 的函數，這個函數來決定是否要進行進程的切換，如果要切換的話，切換到哪個進程等。
從代碼分析來看，Schele 主要完成了2個功能：
進程上下文切換包括進程的地址空間的切換和執行環境的切換。
對於 switch_mm 處理，關鍵的一步就是它將新進程頁面目錄的起始物理地址裝入到寄存器 CR3 中。CR3 寄存器總是指向當前進程的頁面目錄。
switch_to 把寄存器中的值比如esp等存放到進程thread結構中，保存現場一邊後續恢復，同時調用 __switch_to 完成了堆棧的切換。
在進程的 task_struct 結構中有個重要的成分 thread，它本身是一個數據結構 thread_struct, 裡面記錄著進程在切換時的（系統空間）堆棧指針，取指令地址（也就是「返回地址」）等關鍵性的信息。
關於__switch_to 的工作就是處理 TSS （任務狀態段）。
TSS 全稱task state segment，是指在操作系統進程管理的過程中，任務（進程）切換時的任務現場信息。
linux 為每一個 CPU 提供一個 TSS 段，並且在 TR 寄存器中保存該段。
linux 中之所以為每一個 CPU 提供一個 TSS 段，而不是為每個進程提供一個TSS 段，主要原因是 TR 寄存器永遠指向它，在任務切換的適合不必切換 TR 寄存器，從而減小開銷。
在從用戶態切換到內核態時，可以通過獲取 TSS 段中的 esp0 來獲取當前進程的內核棧 棧頂指針，從而可以保存用戶態的 cs,esp,eip 等上下文。
TSS 在任務切換過程中起著重要作用，通過它實現任務的掛起和恢復。所謂任務切換是指，掛起當前正在執行的任務，恢復或啟動另一任務的執行。
在任務切換過程中，首先，處理器中各寄存器的當前值被自動保存到 TR（任務寄存器）所指定的任務的 TSS 中；然後，下一任務的 TSS 被裝入 TR；最後，從 TR 所指定的 TSS 中取出各寄存器的值送到處理器的各寄存器中。由此可見，通過在 TSS 中保存任務現場各寄存器狀態的完整映象，實現任務的切換。
因此，__switch_to 核心內容就是將 TSS 中的內核空間（0級）堆棧指針換成 next->esp0。這是因為 CPU 在穿越中斷門或者陷阱門時要根據新的運行級別從TSS中取得進程在系統空間的堆棧指針。
thread_struct.esp0 指向進程的系統空間堆棧的頂端。當一個進程被調度運行時，內核會將這個變數寫入 TSS 的 esp0 欄位，表示這個進程進入0級運行時其堆棧的位置。換句話說，進程的 thread_struct 結構中的 esp0 保存著其系統空間堆棧指針。當進程穿過中斷門、陷阱門或者調用門進入系統空間時，處理器會從這里恢復期系統空間棧。
由於棧中變數的訪問依賴的是段、頁、和 esp、ebp 等這些寄存器，所以當段、頁、寄存器切換完以後，棧中的變數就可以被訪問了。
因此 switch_to 完成了進程堆棧的切換，由於被切進的進程各個寄存器的信息已完成切換，因此 next 進程得以執行指令運行。
由於 A 進程在調用 switch_to 完成了與 B 進程堆棧的切換，也即是寄存器中的值都是 B 的，所以 A 進程在 switch_to 執行完後，A停止運行，B開始運行，當過一段時間又把 A 進程切進去後，A 開始從switch_to 後面的代碼開始執行。
schele 的調用流程如下：
❹ Linux中如何啟動進程進程調度命令有哪些
Linux技術的發展引起了很多企業和個人的關注。市場對Linux運維的需求逐漸增加，學習Linux技術的人越來越多。在Linux運維中，進程是必須學習掌握的技能。那麼Linux中如何啟動進程？常用的進程調度命令有哪些？ 執行中的程序稱作進程。當程序的可執行文件存儲在存儲器中並運行時，每個進程將被動態分配系統資源、內存、安全屬性和相關狀態。多個進程可以與同一個程序相關聯，並在同一時間執行，而不會相互干擾。操作系統將有效地管理和跟蹤所有正在運行的進程。 Linux中如何啟動進程？啟動進程的方法是什麼？ 手工啟動。用戶在輸入端發出命令，直接啟動進程。分為前台啟動和後台啟動。前台啟動：直接在SHELL中輸入命令進行啟動。後台啟動：啟動一個目前並不緊急的進程。 調度啟動。系統管理員根據系統資源和進程佔用資源的情況，事先進行調度安排，指定任務運行的時間和場合，到時候系統會自動完成該任務。 常用的進程調度命令有哪些？ 常用的進程調度命令有：at、batch、crontab。 以上便是關於「如何啟動或終止進程？常用的進程調度命令有哪些？」的相關介紹。想要成為一名優秀的Linux運維工程師，需要掌握更多的Linux知識。❺ Linux系統的進程調度
Linux進程調度
1．調度方式
Linux系統的調度方式基本上採用「 搶占式優先順序 」方式，當進程在用戶模式下運行時，不管它是否自願，核心在一定條件下（如該進程的時間片用完或等待I/O）可以暫時中止其運行，而調度其他進程運行。一旦進程切換到內核模式下運行時，就不受以上限制，而一直運行下去，僅在重新回到用戶模式之前才會發生進程調度。
Linux系統中的調度基本上繼承了UNIX系統的 以優先順序為基礎 的調度。也就是說，核心為系統中每個進程計算出一個優先順序，該優先順序反映了一個進程獲得CPU使用權的資格，即高優先順序的進程優先得到運行。核心從進程就緒隊列中挑選一個優先順序最高的進程，為其分配一個CPU時間片，令其投入運行。在運行過程中，當前進程的優先順序隨時間遞減，這樣就實現了「負反饋」作用，即經過一段時間之後，原來級別較低的進程就相對「提升」了級別，從而有機會得到運行。當所有進程的優先順序都變為0（最低）時，就重新計算一次所有進程的優先順序。
2．調度策略
Linux系統針對不同類別的進程提供了3種不同的調度策略，即SCHED_FIFO、SCHED_RR及SCHED_OTHER。其中，SCHED_FIFO適合於 短實時進程 ，它們對時間性要求比較強，而每次運行所需的時間比較短。一旦這種進程被調度且開始運行，就一直運行到自願讓出CPU或被優先順序更高的進程搶占其執行權為止。
SCHED_RR對應「時間片輪轉法」，適合於每次運行需要 較長時間的實時進程 。一個運行進程分配一個時間片（200 ms），當時間片用完後，CPU被另外進程搶占，而該進程被送回相同優先順序隊列的末尾，核心動態調整用戶態進程的優先順序。這樣，一個進程從創建到完成任務後終止，需要經歷多次反饋循環。當進程再次被調度運行時，它就從上次斷點處開始繼續執行。
SCHED_OTHER是傳統的UNIX調度策略，適合於互動式的 分時進程 。這類進程的優先順序取決於兩個因素：一個是進程剩餘時間配額，如果進程用完了配給的時間，則相應優先順序降到0；另一個是進程的優先數nice，這是從UNIX系統沿襲下來的方法，優先數越小，其優先順序越高。nice的取值范圍是-20 19。用戶可以利用nice命令設定進程的nice值。但一般用戶只能設定正值，從而主動降低其優先順序；只有特權用戶才能把nice的值設置為負數。進程的優先順序就是以上二者之和。
後台命令對應後台進程（又稱後台作業）。後台進程的優先順序低於任何交互（前台）進程的優先順序。所以，只有當系統中當前不存在可運行的交互進程時，才調度後台進程運行。後台進程往往按批處理方式調度運行。
3．調度時機
核心進行進程調度的時機有以下5種情況：
（1）當前進程調用系統調用nanosleep( )或者pause( )，使自己進入睡眠狀態，主動讓出一段時間的CPU的使用權。
（2）進程終止，永久地放棄對CPU的使用。
（3）在時鍾中斷處理程序執行過程中，發現當前進程連續運行的時間過長。
（4）當喚醒一個睡眠進程時，發現被喚醒的進程比當前進程更有資格運行。
（5）一個進程通過執行系統調用來改變調度策略或者降低自身的優先順序（如nice命令），從而引起立即調度。
4．調度演算法
進程調度的演算法應該比較簡單，以便減少頻繁調度時的系統開銷。Linux執行進程調度時，首先查找所有在就緒隊列中的進程，從中選出優先順序最高且在內存的一個進程。如果隊列中有實時進程，那麼實時進程將優先運行。如果最需要運行的進程不是當前進程，那麼當前進程就被掛起，並且保存它的現場—— 所涉及的一切機器狀態，包括程序計數器和CPU寄存器等，然後為選中的進程恢復運行現場。
（二）Linux常用調度命令
· nohup命令
nohup命令的功能是以忽略掛起和退出的方式執行指定的命令。其命令格式是：
nohupcommand［arguments］
其中，command是所要執行的命令，arguments是指定命令的參數。
nohup命令告訴系統，command所代表的命令在執行過程中不受任何結束運行的信號（hangup和quit）的影響。例如，
$ nohup find / -name exam.txt -print>f1 &
find命令在後台運行。在用戶注銷後，它會繼續運行：從根目錄開始，查找名字是exam.txt的文件，結果被定向到文件f1中。
如果用戶沒有對輸出進行重定向，則輸出被附加到當前目錄的nohup.out文件中。如果用戶在當前目錄中不具備寫許可權，則輸出被定向到$HOME/nohup.out 中。
· at命令
at命令允許指定命令執行的時間。at命令的常用形式是：
attimecommand
其中，time是指定命令command在將來執行時的時間和日期。時間的指定方法有多種，用戶可以使用絕對時間，也可以用相對時間。該指定命令將以作業形式在後台運行。例如：
$ at 15:00 Oct 20
回車後進入接收方式，接著鍵入以下命令：
mail -s "Happy Birthday!" liuzheny
按下D鍵，屏幕顯示：
job 862960800.a at Wed Oct 20 15:00:00 CST 1999
$
表明建立了一個作業，其作業ID號是862960800.a，運行作業的時間是1999年10月20日下午3:00，給liuzheny發一條標題為「Happy Birthday！」（生日快樂）的空白郵件。
利用 at-l 可以列出當前at隊列中所有的作業。
利用 at-r 可以刪除指定的作業。這些作業以前由at或batch命令調度。例如，
at-r862960797.a
將刪除作業ID號是862960797.a的作業。其一般使用形式是：
at-rjob_id
注意，結尾是.a的作業ID號，表示這個作業是由at命令提交的；結尾是.b的作業ID號，表示這個作業是由batch命令提交的。
· batch命令
batch命令不帶任何參數，它提交的作業的優先順序比at命令提交的作業的優先順序低。batch無法指定作業運行的時間。實際運行時間要看系統中已經提交的作業數量。如果系統中優先順序較高的作業比較多，那麼，batch提交的作業則需要等待；如果系統空閑，則運行batch提交的作業。例如，
$ batch
回車後進入接收方式，接著鍵入命令：
find / -name exam.txt -print
按下D。退出接收方式，屏幕顯示：
job 862961540.b at Thu Nov 18 14:30:00 CST 1999
表示find命令被batch作為一個作業提交給系統，作業ID號是862961540.b。如果系統當前空閑，這個作業被立即執行，其結果同樣作為郵件發送給用戶。
· jobs命令
jobs命令用來顯示當前shell下正在運行哪些作業（即後台作業）。例如：
$ jobs
[2] + Running tar tv3 *&
[1] - Running find / -name README -print > logfile &
$
其中，第一列方括弧中的數字表示作業序號，它是由當前運行的shell分配的，而不是由操作系統統一分配的。在當前shell環境下，第一個後台作業的作業號為1，第二個作業的作業號為2，等等。
第二列中的「 」號表示相應作業的優先順序比「－」號對應作業的優先順序高。
第三列表明作業狀態，是否為運行、中斷、等待輸入或停止等。
最後列出的是創建當前這個作業所對應的命令行。
利用 jobs-l 形式，可以在作業號後顯示出相應進程的PID。如果想只顯示相應進程的PID，不顯示其它信息，則使用 jobs-p 形式。
· fg命令
fg命令把指定的後台作業移到前台。其使用格式是：
fg [job…]
其中，參數job是一個或多個進程的PID，或者是命令名稱或者作業號（前面要帶有一個「%」號）。例如：
$ jobs
[2] + Running tar tv3 *&
[1] - Running find / -name README -print > logfile&
$ fg %find
find / -name README -print > logfile
注意，顯示的命令行末尾沒有「&」符號。下面命令能產生同樣的效果：
$ fg %1
這樣，find命令對應的進程就在前台執行。當後台只有一個作業時，鍵入不帶參數的fg命令，就能使相應進程移到前台。當有兩個或更多的後台作業時，鍵入不帶參數的fg，就把最後進入後台的進程首先移到前台。
· bg命令
bg命令可以把前台進程換到後台執行。其使用格式是：
bg [job…]
其中，job是一個或多個進程的PID、命令名稱或者作業號，在參數前要帶「%」號。例如，在cc（C編譯命令）命令執行過程中，按下Z鍵，使這個作業掛起。然後鍵入以下命令：
$ bg %cc
該掛起的作業在後台重新開始執行。