Linux系统的进程调度
Linux进程调度
1．调度方式
Linux系统的调度方式基本上采用“ 抢占式优先级 ”方式，当进程在用户模式下运行时，不管它是否自愿，核心在一定条件下（如该进程的时间片用完或等待I/O）可以暂时中止其运行，而调度其他进程运行。一旦进程切换到内核模式下运行时，就不受以上限制，而一直运行下去，仅在重新回到用户模式之前才会发生进程调度。
Linux系统中的调度基本上继承了UNIX系统的 以优先级为基础 的调度。也就是说，核心为系统中每个进程计算出一个优先级，该优先级反映了一个进程获得CPU使用权的资格，即高优先级的进程优先得到运行。核心从进程就绪队列中挑选一个优先级最高的进程，为其分配一个CPU时间片，令其投入运行。在运行过程中，当前进程的优先级随时间递减，这样就实现了“负反馈”作用，即经过一段时间之后，原来级别较低的进程就相对“提升”了级别，从而有机会得到运行。当所有进程的优先级都变为0（最低）时，就重新计算一次所有进程的优先级。
2．调度策略
Linux系统针对不同类别的进程提供了3种不同的调度策略，即SCHED_FIFO、SCHED_RR及SCHED_OTHER。其中，SCHED_FIFO适合于 短实时进程 ，它们对时间性要求比较强，而每次运行所需的时间比较短。一旦这种进程被调度且开始运行，就一直运行到自愿让出CPU或被优先级更高的进程抢占其执行权为止。
SCHED_RR对应“时间片轮转法”，适合于每次运行需要 较长时间的实时进程 。一个运行进程分配一个时间片（200 ms），当时间片用完后，CPU被另外进程抢占，而该进程被送回相同优先级队列的末尾，核心动态调整用户态进程的优先级。这样，一个进程从创建到完成任务后终止，需要经历多次反馈循环。当进程再次被调度运行时，它就从上次断点处开始继续执行。
SCHED_OTHER是传统的UNIX调度策略，适合于交互式的 分时进程 。这类进程的优先级取决于两个因素：一个是进程剩余时间配额，如果进程用完了配给的时间，则相应优先级降到0；另一个是进程的优先数nice，这是从UNIX系统沿袭下来的方法，优先数越小，其优先级越高。nice的取值范围是-20 19。用户可以利用nice命令设定进程的nice值。但一般用户只能设定正值，从而主动降低其优先级；只有特权用户才能把nice的值设置为负数。进程的优先级就是以上二者之和。
后台命令对应后台进程（又称后台作业）。后台进程的优先级低于任何交互（前台）进程的优先级。所以，只有当系统中当前不存在可运行的交互进程时，才调度后台进程运行。后台进程往往按批处理方式调度运行。
3．调度时机
核心进行进程调度的时机有以下5种情况：
（1）当前进程调用系统调用nanosleep( )或者pause( )，使自己进入睡眠状态，主动让出一段时间的CPU的使用权。
（2）进程终止，永久地放弃对CPU的使用。
（3）在时钟中断处理程序执行过程中，发现当前进程连续运行的时间过长。
（4）当唤醒一个睡眠进程时，发现被唤醒的进程比当前进程更有资格运行。
（5）一个进程通过执行系统调用来改变调度策略或者降低自身的优先级（如nice命令），从而引起立即调度。
4．调度算法
进程调度的算法应该比较简单，以便减少频繁调度时的系统开销。Linux执行进程调度时，首先查找所有在就绪队列中的进程，从中选出优先级最高且在内存的一个进程。如果队列中有实时进程，那么实时进程将优先运行。如果最需要运行的进程不是当前进程，那么当前进程就被挂起，并且保存它的现场—— 所涉及的一切机器状态，包括程序计数器和CPU寄存器等，然后为选中的进程恢复运行现场。
（二）Linux常用调度命令
· nohup命令
nohup命令的功能是以忽略挂起和退出的方式执行指定的命令。其命令格式是：
nohup command ［arguments］
其中，command是所要执行的命令，arguments是指定命令的参数。
nohup命令告诉系统，command所代表的命令在执行过程中不受任何结束运行的信号（hangup和quit）的影响。例如，
$ nohup find / -name exam.txt -print>f1 &
find命令在后台运行。在用户注销后，它会继续运行：从根目录开始，查找名字是exam.txt的文件，结果被定向到文件f1中。
如果用户没有对输出进行重定向，则输出被附加到当前目录的nohup.out文件中。如果用户在当前目录中不具备写权限，则输出被定向到$HOME/nohup.out 中。
· at命令
at命令允许指定命令执行的时间。at命令的常用形式是：
at time command
其中，time是指定命令command在将来执行时的时间和日期。时间的指定方法有多种，用户可以使用绝对时间，也可以用相对时间。该指定命令将以作业形式在后台运行。例如：
$ at 15:00 Oct 20
回车后进入接收方式，接着键入以下命令：
mail -s "Happy Birthday!" liuzheny
按下D键，屏幕显示：
job 862960800.a at Wed Oct 20 15:00:00 CST 1999
$
表明建立了一个作业，其作业ID号是862960800.a，运行作业的时间是1999年10月20日下午3:00，给liuzheny发一条标题为“Happy Birthday！”（生日快乐）的空白邮件。
利用 at -l 可以列出当前at队列中所有的作业。
利用 at -r 可以删除指定的作业。这些作业以前由at或batch命令调度。例如，
at -r 862960797.a
将删除作业ID号是862960797.a的作业。其一般使用形式是：
at -r job_id
注意，结尾是.a的作业ID号，表示这个作业是由at命令提交的；结尾是.b的作业ID号，表示这个作业是由batch命令提交的。
· batch命令
batch命令不带任何参数，它提交的作业的优先级比at命令提交的作业的优先级低。batch无法指定作业运行的时间。实际运行时间要看系统中已经提交的作业数量。如果系统中优先级较高的作业比较多，那么，batch提交的作业则需要等待；如果系统空闲，则运行batch提交的作业。例如，
$ batch
回车后进入接收方式，接着键入命令：
find / -name exam.txt -print
按下D。退出接收方式，屏幕显示：
job 862961540.b at Thu Nov 18 14:30:00 CST 1999
表示find命令被batch作为一个作业提交给系统，作业ID号是862961540.b。如果系统当前空闲，这个作业被立即执行，其结果同样作为邮件发送给用户。
· jobs命令
jobs命令用来显示当前shell下正在运行哪些作业（即后台作业）。例如：
$ jobs
[2] + Running tar tv3 *&
[1] - Running find / -name README -print > logfile &
$
其中，第一列方括号中的数字表示作业序号，它是由当前运行的shell分配的，而不是由操作系统统一分配的。在当前shell环境下，第一个后台作业的作业号为1，第二个作业的作业号为2，等等。
第二列中的“ ”号表示相应作业的优先级比“－”号对应作业的优先级高。
第三列表明作业状态，是否为运行、中断、等待输入或停止等。
最后列出的是创建当前这个作业所对应的命令行。
利用 jobs -l 形式，可以在作业号后显示出相应进程的PID。如果想只显示相应进程的PID，不显示其它信息，则使用 jobs -p 形式。
· fg命令
fg命令把指定的后台作业移到前台。其使用格式是：
fg [job…]
其中，参数job是一个或多个进程的PID，或者是命令名称或者作业号（前面要带有一个“%”号）。例如：
$ jobs
[2] + Running tar tv3 *&
[1] - Running find / -name README -print > logfile&
$ fg %find
find / -name README -print > logfile
注意，显示的命令行末尾没有“&”符号。下面命令能产生同样的效果：
$ fg %1
这样，find命令对应的进程就在前台执行。当后台只有一个作业时，键入不带参数的fg命令，就能使相应进程移到前台。当有两个或更多的后台作业时，键入不带参数的fg，就把最后进入后台的进程首先移到前台。
· bg命令
bg命令可以把前台进程换到后台执行。其使用格式是：
bg [job…]
其中，job是一个或多个进程的PID、命令名称或者作业号，在参数前要带“%”号。例如，在cc（C编译命令）命令执行过程中，按下Z键，使这个作业挂起。然后键入以下命令：
$ bg %cc
该挂起的作业在后台重新开始执行。
