1. Entità di pianificazione:
* Processi: L'unità fondamentale di programmazione. Ogni processo ottiene una fetta di tempo della CPU.
* thread: Posato più leggero dei processi, condividendo lo stesso spazio di memoria. Gli scheduler moderni trattano i thread in modo simile ai processi, programmandoli spesso in modo indipendente all'interno di un processo.
* Processi in tempo reale (opzionale): Questi processi hanno requisiti di temporizzazione più severi e possono avere priorità su altri processi. Sono gestiti da un meccanismo di pianificazione separato (ad esempio, pianificazione in tempo reale).
2. Algoritmi di pianificazione (storicamente e attualmente):
Linux ha evoluto i suoi algoritmi di pianificazione nel tempo. Le prime versioni utilizzavano algoritmi più semplici, ma i kernel moderni usano un approccio sofisticato:
* Scheduler completamente equo (CFS): Questo è lo scheduler predefinito nei moderni kernel Linux (da 2.6.23). CFS mira alla completa equità dando a ciascun processo una quota proporzionale del tempo della CPU in base al suo *peso *. Utilizza una struttura di dati sull'albero nero rosso per gestire in modo efficiente i processi eseguibili e selezionare quello successivo da eseguire. L'idea principale è quella di regolare dinamicamente il runtime dei processi per garantire l'equità.
* Altri algoritmi di pianificazione (storici o nicchia): Mentre la CFS è dominante, esistono altri algoritmi o esistono per esigenze specifiche (ad esempio, i sistemi più vecchi utilizzati O (N) programmatori, meno efficienti rispetto a O (log n) di CFS).
3. Concetti chiave all'interno di CFS:
* Runtime virtuale (vruntime): CFS tiene traccia del runtime virtuale di ciascun processo. Questa è una misura artificiale di quanto tempo CPU ha consumato un processo. Viene utilizzato per determinare quale processo merita di più della CPU in seguito. Un processo con un vruntime inferiore viene programmato per primo.
* Pesi: I processi possono essere assegnati pesi per influenzare la loro quota di tempo della CPU. Un peso più elevato significa una quota maggiore. Ciò consente di dare la priorità a processi specifici.
* Valori belli: Lo spazio utente può influenzare le priorità di pianificazione dei processi attraverso valori * belli *. Un valore piacevole inferiore (ad es. -20) fornisce una priorità maggiore di processo, mentre un valore piacevole più alto (ad esempio 19) gli conferisce una priorità inferiore. Ciò influisce sul peso assegnato al processo.
* TimeSlices: Sebbene non esplicitamente definito come in alcuni sistemi più vecchi, CFS gestisce implicitamente i tempi di tempo. I processi eseguono fino a quando il loro vruntime indica che hanno avuto una quota equa. La lunghezza di un "tempo" è quindi dinamica.
* Runqueue: Ogni core della CPU mantiene il proprio runqueue, una struttura di dati che tiene i processi pronti per essere eseguiti su quel core.
* Preemption: CFS utilizza una pianificazione preventiva. Un processo di priorità più elevata può interrompere un processo a basso priorità in qualsiasi momento.
4. Interazioni con altri componenti del kernel:
Lo scheduler interagisce a stretto contatto con altre parti del kernel, tra cui:
* Gestione degli interrupt: Gli interrupt possono attivare switch di contesto, modificando potenzialmente il processo attualmente in esecuzione.
* Gestione della memoria: Lo scheduler deve conoscere lo stato della memoria dei processi per evitare i processi di pianificazione che sono bloccati in attesa di memoria.
* Sottosistema I/O: Quando un processo esegue le operazioni I/O (ad es. Lettura da un disco), lo scheduler passerà a un altro processo. Lo scheduler interagisce anche con lo scheduler I/O per gestire l'efficienza I/O del disco.
5. Pianificazione in tempo reale:
Per le applicazioni che richiedono tempi di risposta garantiti (ad es. Sistemi di controllo industriale), Linux fornisce opzioni di pianificazione in tempo reale. Questi in genere utilizzano diversi algoritmi (ad esempio, pianificazione delle scadenze) che danno la priorità ai processi in tempo reale e garantiscono la loro esecuzione tempestiva.
In sintesi, la pianificazione del processo di condivisione del tempo di Linux è un sistema sofisticato che bilancia dinamicamente l'equità, l'efficienza e la reattività. L'algoritmo CFS, insieme alle sue strutture di dati di supporto e alle interazioni con altri componenti del kernel, fornisce un approccio robusto e adattivo alla gestione di più processi contemporaneamente. Comprendere le sfumature di CFS e altre politiche di pianificazione è cruciale per ottimizzare le prestazioni e l'utilizzo delle risorse nei sistemi Linux.
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