概述

在 Linux 系统中，多个进程会在 CPU 上竞争资源。操作系统需要为这些进程分配时间片，并在进程切换时保证公平性和效率。

Linux 实现了多种进程调度算法，包括基于时间片轮转的算法、基于优先级的算法、基于完全公平度的算法等。本文将对 Linux 系统中的进程调度进行详细介绍。

时间片轮转调度算法

时间片轮转调度算法是最简单的调度算法之一。它为每个进程分配一个固定的时间片，并按照时间片轮流调度进程，直到所有进程完成。

Linux 系统中的时间片通常被设置为几毫秒，每个时间片完成后，调度程序会把被阻塞的进程挂起，并将处理器分配给下一个进程。

基于优先级的调度算法

基于优先级的调度算法尝试为每个进程分配一个优先级值，并根据该值让进程竞争 CPU 时间。优先级越高的进程越容易获得 CPU 时间片。

在 Linux 系统中，进程的优先级值通常设置为在 0 到 139 之间的数字。0 表示最高优先级，139 表示最低优先级。内核会在每次调度中为每个进程重新计算优先级。

基于完全公平度的调度算法

基于完全公平度（CFS）的调度算法是 Linux 中最先进的调度算法之一。CFS 尝试为每个进程提供公平的 CPU 时间分配。

CFS 会维护一个叫作红黑树的数据结构，其中每个节点代表一个进程。当调度程序需要选择下一个进程时，它会遍历红黑树，选择具有最小虚拟运行时间的进程，并为其分配 CPU 时间。

常见的进程调度问题

在实践中，经常遇到一些进程调度问题。例如：

• 饥饿：某个进程无限期地等待分配 CPU 时间，因为其他进程的优先级值比它更高。
• 优先级反转：某些情况下，较低优先级的进程会等待高优先级的进程完成。使用互斥锁可以避免这种问题。
• 丢失更新：涉及共享资源的多个进程可能会遇到竞争条件，导致数据不一致。使用原子操作和互斥锁可以避免这种问题。

结论

Linux 系统中的进程调度是操作系统设计的重要部分之一。多种不同的算法可以用来为不同类型的工作负载分配 CPU 时间。开发人员应该了解进程调度的基本原理，并知道如何在处理器资源竞争和死锁上采取预防性措施。