在操作系統(tǒng)的復雜世界里，進程就如同一個個忙碌的 “小工人”，它們都渴望獲得 CPU 的 “青睞”，以執(zhí)行自己的任務(wù)。而在這背后，有一位默默掌控全局的 “指揮官”，它就是 Linux 進程調(diào)度器。想象一下，當你在電腦上同時打開多個應(yīng)用程序，一邊瀏覽網(wǎng)頁，一邊播放音樂，還在運行著辦公軟件，這些進程看似和諧共處，實則在激烈競爭著有限的 CPU 資源。

那么，究竟是誰在有條不紊地安排它們的執(zhí)行順序，讓整個系統(tǒng)能夠高效穩(wěn)定地運行呢？沒錯，就是 Linux 進程調(diào)度器。今天，就讓我們一同走進這個神秘的領(lǐng)域，揭開 Linux 進程調(diào)度器的神秘面紗，看看它是如何在幕后指揮著這場進程 “交響樂” 的 。

一、進程調(diào)度簡介

進程調(diào)度是操作系統(tǒng)最重要的內(nèi)容之一，也是學習操作系統(tǒng)的重點和難點。關(guān)于進程調(diào)度，我們首先就會問出一些問題，什么是進程調(diào)度，為什么要進程調(diào)度，如何進行調(diào)度。下面我們用一幅圖把這些問題關(guān)聯(lián)起來：

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這張圖把進程調(diào)度的所有問題和知識點都關(guān)聯(lián)了起來，本文后面所有的內(nèi)容都是對這張圖的解釋和擴展延伸，下面讓我們來一一講解。

⑴什么是調(diào)度

什么是調(diào)度？調(diào)度是CPU資源管理器。操作系統(tǒng)的作用之一就是系統(tǒng)資源管理器。CPU是計算機系統(tǒng)中最重要的資源，當然也要管理。所有進程的運行都需要CPU，對CPU該如何管理呢？對于直接共享型的事物，我們有兩種管理方法：一種是時間分割管理，另一種是空間分割管理。由于CPU自身的特性，沒有空間分割相似性，只有時間分割相似性，所以我們只能對CPU進行時間分割管理。對CPU進行時間分割管理的具體做法就叫做進程調(diào)度。

那么調(diào)度的是什么呢？進程調(diào)度，調(diào)度的當然是進程啦，也對也不對。我們知道進程是資源分配的單位，線程是執(zhí)行的單位。早期的時候沒有多線程，進程就是線程，線程就是進程，所以此時進程調(diào)度調(diào)度的是進程。但是當有了多線程之后，線程變成了執(zhí)行的單位，進程不再是執(zhí)行的單位，進程調(diào)度調(diào)度的就是線程了。不過由于歷史原因，大家都習慣叫進程調(diào)度，所以現(xiàn)在這個領(lǐng)域的名稱還是叫進程調(diào)度。后文中說到調(diào)度進程的地方都是調(diào)度的線程，由于習慣問題，我們還說調(diào)度進程不說調(diào)度線程，請大家要注意。

對線程的調(diào)度可以有兩種方式：一種是直接調(diào)度線程，不考慮它們所屬的進程，這種方式叫做直接調(diào)度或者一級調(diào)度；另一種是先調(diào)度進程，再在進程內(nèi)部調(diào)度線程，這種方式叫做間接調(diào)度或者二級調(diào)度。POSIX規(guī)定，操作系統(tǒng)可以選擇這兩種方式中的任何一種都行。Linux選擇的是一級調(diào)度，為什么會這么選擇呢？主要是為了提高進程的并發(fā)性，充分利用多CPU多核的優(yōu)勢。如果使用二級調(diào)度的話，看似每個進程之間都公平了，但是有些進程的計算量比較大，就無法通過多開線程提高自己的性能，這樣對系統(tǒng)整體的性能是有害的，也不利用發(fā)揮計算機多CPU的優(yōu)勢。一級調(diào)度看似對有些進程不公平，但是計算量小的進程少開線程，計算量大的進程多開線程，相對還是很公平的。

就像國家希望每個企業(yè)都做大做強，但是同時也會反壟斷一樣。Linux也推出了cgroup組調(diào)度機制，來限制某個或者某一類進程對CPU資源的過度占用。本文中不講cgroup組調(diào)度機制，后文的講解都是假設(shè)沒有cgroup組調(diào)度。

⑵為什么要調(diào)度

我們知道了什么是調(diào)度，那么為什么要調(diào)度呢，沒有調(diào)度會怎么樣呢？最早的計算機是沒有調(diào)度的，程序只能一個一個地運行，一個進程死亡之后才能去運行下一個進程。這里面首先存在的問題就是我們沒法同時運行多個進程。其次就算我們不需要同時運行多個進程，程序在運行的過程中如果要等IO，CPU就只能空轉(zhuǎn)，這也十分浪費CPU資源。

于是最早的多任務(wù)——協(xié)作式多任務(wù)誕生了，當程序由于要等IO而阻塞時就會去調(diào)度執(zhí)行其它的進程。但是協(xié)作式多任務(wù)存在著很大的問題，就是每個進程運行的時間片長短是不確定的，而且是很偶然很隨機的。如果一個進程它一直在做運算就是不進行IO操作，那么它就會一直霸占CPU。

針對這個問題，當時想出的方法是道德解決方案。內(nèi)核向進程提供系統(tǒng)調(diào)用sched_yield，它會使進程主動放棄CPU讓其它進程來執(zhí)行。然后要求所有的程序員在程序中合適的地方盡量多地加入sched_yield調(diào)用。這個方法在當時是管用的，因為當時計算機的使用者(同時也是程序員)僅限于少數(shù)科研機構(gòu)和政府機關(guān)的部分人員，一臺電腦的共同使用者都認識，面子上還得過得去。

后來隨著計算機的普及，以及計算機的使用者和程序員這兩個角色的分離，主要靠道德約束的協(xié)作式多任務(wù)已經(jīng)行不通了，我們需要強制性多任務(wù)，也就是搶占式多任務(wù)。搶占式多任務(wù)使得每個進程都可以相對公平地平分CPU時間，如果一個進程運行了過長的時間就會被強制性地調(diào)度出去，不管這個進程是否愿意。

有了搶占式多任務(wù)，我們在宏觀上不僅可以同時運行多個進程，而且它們會一起齊頭并進地往前運行，不會出現(xiàn)某個進程被餓死的情況，這樣我們使用電腦的體驗就非常完美了。搶占式多任務(wù)和協(xié)作式多任務(wù)不是對立的，它們是相互獨立的，可以同時存在于系統(tǒng)中。

搶占又分為用戶搶占和內(nèi)核搶占。由于搶占對進程來說是異步的，進程被搶占時不一定運行在什么地方，有可能運行在用戶空間，也有可能運行在內(nèi)核空間(進程通過系統(tǒng)調(diào)用進入內(nèi)核空間)。如果搶占點是在用戶空間，那么搶占就是安全的，如果在內(nèi)核空間就不一定安全，這是為什么呢？因為對于用戶空間來說，如果搶占會導致線程同步問題，那么用戶空間有責任使用線程同步機制來保護臨界區(qū)，只要用戶空間做好同步就不會出問題。

如果內(nèi)核也做好了同步措施，內(nèi)核搶占也不會出問題，但是內(nèi)核最初的設(shè)計就沒有考慮內(nèi)核搶占問題，所以剛開始的時候內(nèi)核是不能搶占的。后來內(nèi)核開發(fā)者對內(nèi)核進行了完善，把內(nèi)核所有的臨界區(qū)都加上了同步措施，然后內(nèi)核就是可搶占的了。內(nèi)核能搶占了不代表內(nèi)核一定會搶占，內(nèi)核會不會搶占由config選項控制，可以開啟也可以關(guān)閉，因為內(nèi)核搶占還會影響系統(tǒng)的響應(yīng)性和性能。

開啟內(nèi)核搶占會提高系統(tǒng)的響應(yīng)性但是會降低一點性能，關(guān)閉內(nèi)核搶占會降低系統(tǒng)的響應(yīng)性但是會提高一點性能。因此把內(nèi)核搶占做成配置項，可以讓大家靈活配置。服務(wù)器系統(tǒng)一般不需要與用戶交互，所以會關(guān)閉內(nèi)核搶占來提高性能，桌面系統(tǒng)會開啟內(nèi)核搶占來提高系統(tǒng)的響應(yīng)性，來增加用戶體驗。

現(xiàn)在我們再來看一下為什么要調(diào)度。因為如果沒有調(diào)度的話，就不能實現(xiàn)多任務(wù)，一次就只能運行一個程序，我們使用電腦的體驗就會大大降低。有了調(diào)度就有了多任務(wù)，我們就能同時在電腦上做很多事情，使用體驗就會非常好。

⑶為什么能調(diào)度

我們再來看看為什么能調(diào)度呢。我們把協(xié)作式多任務(wù)叫做主動調(diào)度，搶占式多任務(wù)叫做被動調(diào)度。為什么能調(diào)度分為兩部分：為什么能觸發(fā)調(diào)度和為什么能執(zhí)行調(diào)度。對于主動調(diào)度，調(diào)度是進程主動觸發(fā)的，這個是肯定能的。對于被動調(diào)度，在圖靈機模型中是做不到的，因為圖靈機是一條線性一直往前走的，進程在執(zhí)行時，進程要是不主動，是不可能跳到其它進程來執(zhí)行的。

被動調(diào)度能做到的原因關(guān)鍵就在于中斷機制，因為中斷是強行在正常的執(zhí)行流中插入了一段代碼，它能改變后續(xù)代碼的走向。有了中斷機制，我們就可以創(chuàng)建一個定時器中斷，以固定的時間間隔比如每10ms來觸發(fā)中斷，檢測進程是否運行時間過長，如果過長就觸發(fā)調(diào)度。這樣任何進程都不可能霸占CPU，所以進程都能公平地共享CPU時間。

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可以看到在純圖靈機模型中，進程如果不主動進行調(diào)度，是沒有外力強迫進程進行調(diào)度的，進程就能一直霸占CPU。有了中斷機制之后，在中斷的處理中可以觸發(fā)調(diào)度，在中斷返回的點可以執(zhí)行調(diào)度，這樣就可以避免進程霸占CPU了。

前面說的是為何能觸發(fā)進程調(diào)度，主動調(diào)度是進程自己觸發(fā)的，被動調(diào)度是在中斷中觸發(fā)的。現(xiàn)在來看看為何能執(zhí)行調(diào)度，執(zhí)行調(diào)度包括兩部分：選擇進程和切換進程。選擇進程是純軟件的，肯定能實現(xiàn)。切換進程是怎么切換呢？一個進程執(zhí)行得好好的，怎么就切換了呢，需不需要硬件的支持呢？進程切換主要是切換執(zhí)行棧和用戶空間，這兩個都需要用到CPU特定的指令。

⑷何時調(diào)度

我們前面已經(jīng)講了主動調(diào)度(協(xié)作式多任務(wù))和被動調(diào)度(搶占式多任務(wù))。

對于主動調(diào)度，觸發(fā)調(diào)度和執(zhí)行調(diào)度是同步的、一體的，觸發(fā)即執(zhí)行。主動調(diào)度發(fā)生的時機有IO等待、加鎖失敗等各種阻塞操作以及用戶空間主動調(diào)用sched_yield。

對于被動調(diào)度，觸發(fā)調(diào)度和執(zhí)行調(diào)度是異步的、分離的，觸發(fā)調(diào)度并不會立馬執(zhí)行調(diào)度，而是做個需要調(diào)度的標記，然后在之后的某個合適的地方會檢測這個標記，如果被設(shè)置就進行調(diào)度。觸發(fā)調(diào)度的點有：在定時器中斷中發(fā)現(xiàn)當前進程超時了，在喚醒進程時發(fā)現(xiàn)新進程需要搶占當前進程，在遷移進程時發(fā)現(xiàn)新進程需要搶占當前進程，在改變進程優(yōu)先級時發(fā)現(xiàn)新進程需要搶占當前進程。

其中第一個觸發(fā)點是當前進程需要被搶占，它是用來保證公平調(diào)度，防止進程霸占CPU的，后三個觸發(fā)點是新進程需要搶占當前進程，它是用來提高系統(tǒng)響應(yīng)性的。執(zhí)行調(diào)度的點有：系統(tǒng)調(diào)用完成之后即將返回用戶空間，中斷完成之后即將返回用戶空間，如果開啟了內(nèi)核搶占的話則還有,中斷完成之后即將返回內(nèi)核,如果中斷發(fā)生在禁止搶占臨界區(qū)中，那么中斷完成之后返回內(nèi)核是不會執(zhí)行調(diào)度的，而是會在臨界區(qū)結(jié)束的時候執(zhí)行調(diào)度。

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系統(tǒng)調(diào)用完成之后即將返回用戶空間和中斷完成之后即將返回用戶空間，是非常好的執(zhí)行進行調(diào)度的點，也就是此圖中的三個箭頭的地方。CPU異常在意義上不是系統(tǒng)調(diào)用，但是在形式上和邏輯上相當于是系統(tǒng)調(diào)用。

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中斷發(fā)生在內(nèi)核空間的場景，如果開啟了內(nèi)核搶占，如果被搶占的內(nèi)核代碼不是在禁用搶占臨界區(qū)，中斷返回時是執(zhí)行調(diào)度的點。如果被搶占的內(nèi)核代碼在禁用搶占臨界區(qū)中，在執(zhí)行調(diào)度的點被推遲到了臨界區(qū)的出口處。

⑸如何調(diào)度

現(xiàn)在到了執(zhí)行調(diào)度的時刻了。執(zhí)行調(diào)度分為兩步：一是選擇下一個要執(zhí)行的進程，二是切換進程。選擇下一個要執(zhí)行的進程，這就是調(diào)度算法了。首先調(diào)度算法只能從Runnable的進程中進行選擇，不能選擇Blocked進程，因為選擇了也沒有意義。其次算法還要區(qū)分進程類型，比如普通進程與實時進程，肯定要優(yōu)先選擇實時進程，在同一類型的進程中還要有具體的算法來決定到底選擇哪個進程。在Linux中一共把進程分為了5類，每一類都有一個具體的算法。類之間的關(guān)系是優(yōu)先選擇高類的進程，只有當高類沒有Runnable進程時才會去選擇低類進程。

進程選擇好了之后就要切換進程了。切換進程分兩步：第一步是切換用戶空間，第二步是切換執(zhí)行棧(線程棧)。如果要切換的兩個線程屬于同一個進程就不需要切換用戶空間了。切換用戶空間是一個CPU架構(gòu)相關(guān)的事情，在x86 CPU上是給CR3寄存器賦值新進程的頁表樹的根指針。

此時切換的執(zhí)行棧是線程的內(nèi)核棧，執(zhí)行棧代表的是當前線程的執(zhí)行情況，切換執(zhí)行棧就是切換線程。線程的用戶棧信息都在內(nèi)核棧里保存著。切換完內(nèi)核棧之后，線程繼續(xù)執(zhí)行就會返回用戶空間，由于此時用戶空間已經(jīng)切換完成，內(nèi)核棧上也保存著用戶棧的信息，所以線程能返回到正確的用戶空間線程上去。下面我們畫個圖來看一下：

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對于一個CPU來說，永遠只有一個當前進程在運行，當執(zhí)行進程調(diào)度時，需要從其它進程中選擇一個進程，把它旋轉(zhuǎn)到最下方作為當前進程，它就開始運行了。

⑹調(diào)度均衡

前面所說的都是針對一個CPU的情況，對于多個CPU來說，每個CPU也是這樣的邏輯。但是有一點不同的是，如果一個系統(tǒng)上的多個CPU忙的忙死閑的閑死，顯然不太好，因此多個CPU之間會進行調(diào)度均衡。調(diào)度均衡可以分為個體均衡和總體均衡。個體均衡是從進程的角度出發(fā)選擇到一個相對清閑的CPU上去運行。總體均衡是從CPU的角度出發(fā)如何從別的CPU上拉取一些進程到自己這來執(zhí)行，使得所有CPU的工作量盡量平均。

個體均衡的觸發(fā)點有三個：一是新進程剛創(chuàng)建時，二是進程要執(zhí)行新程序時，三是進程被喚醒時，在這三個點進程都可以選擇去哪個CPU的運行隊列上去等待執(zhí)行。在個體均衡下，每個進程都盡量選擇相對清閑的CPU，所以所有CPU的負載應(yīng)該還是會比較均衡的。但是時間長了可能還是會出現(xiàn)負載不均衡的情況，此時就要進行總體均衡了。總體均衡的觸發(fā)點有三個：一是CPU即將idle前會去找到最忙的CPU然后拉取一些任務(wù)過來；二是定時器中斷的周期性檢測，會檢查是否所有的CPU都一樣忙，如果忙閑差別太大就會進行進程遷移，使得所有CPU忙閑程度接近；三是在idle進程中如果CPU發(fā)現(xiàn)自己太忙而有的CPU在idle就會喚醒那個CPU進行負載均衡。

二、基礎(chǔ)概念解析

2.1進程的定義與分類

在計算機系統(tǒng)中，進程堪稱最基礎(chǔ)且重要的概念之一。從本質(zhì)上講，進程是程序在計算機中的一次動態(tài)執(zhí)行過程。打個比方，當你在 Linux 系統(tǒng)中啟動一個應(yīng)用程序，如文本編輯器，系統(tǒng)便會為該程序創(chuàng)建一個進程，這個進程涵蓋了程序運行所需的各種資源，包括代碼、數(shù)據(jù)、打開的文件以及分配的內(nèi)存空間等。

進程可以依據(jù)不同的標準進行分類。常見的分類方式有：按照對資源的需求特性，可分為 I/O 受限型進程和 CPU 受限型進程 。I/O 受限型進程，正如其名，這類進程的執(zhí)行過程中，大部分時間都在等待 I/O 操作的完成，例如讀取文件、網(wǎng)絡(luò)請求等，像瀏覽器在加載網(wǎng)頁時，就需要頻繁地進行網(wǎng)絡(luò) I/O 操作，此時它就是一個典型的 I/O 受限型進程。而 CPU 受限型進程則主要將時間花費在 CPU 的計算上，像一些科學計算程序、加密算法程序等，它們需要大量的 CPU 計算資源來完成復雜的運算任務(wù)。

依據(jù)進程的實時性要求，進程又可分為實時進程和普通進程 。實時進程對響應(yīng)時間有著極高的要求，必須在規(guī)定的時間內(nèi)完成任務(wù)，否則可能會導致嚴重的后果。以工業(yè)控制系統(tǒng)中的實時監(jiān)控進程為例，它需要實時采集傳感器的數(shù)據(jù)，并及時做出響應(yīng)，以確保生產(chǎn)過程的安全和穩(wěn)定。如果這個進程不能在規(guī)定時間內(nèi)完成數(shù)據(jù)采集和處理，就可能引發(fā)生產(chǎn)事故。相比之下，普通進程對響應(yīng)時間的要求相對寬松，它們可以在系統(tǒng)資源允許的情況下，逐步完成任務(wù)，如我們?nèi)粘Ｊ褂玫奈谋揪庉嫛⑽募螺d等操作對應(yīng)的進程。

2.2進程狀態(tài)詳解

Linux 進程有多種狀態(tài)，常見的狀態(tài)包括：

• R（可執(zhí)行狀態(tài)）：進程處于 ready 狀態(tài)，即隨時可以執(zhí)行。在系統(tǒng)中，處于這個狀態(tài)的進程意味著它已經(jīng)具備了運行的條件，只等待被分配 CPU 資源。
• S（可中斷睡眠狀態(tài)）：可以中斷的睡眠狀態(tài)。當進程接受消息隊列、執(zhí)行 sleep 等操作時，進程處于阻塞狀態(tài)（S）。這種狀態(tài)下的進程可以被某些信號中斷，從而轉(zhuǎn)換狀態(tài)。例如，當接收到特定的信號時，進程可以從睡眠狀態(tài)被喚醒，進入可執(zhí)行狀態(tài)。
• D（不可中斷睡眠狀態(tài)）：不可中斷的睡眠狀態(tài)，比較少見。處于這種狀態(tài)的進程通常在等待某些關(guān)鍵資源，并且不能被一般的信號中斷。比如在等待磁盤 I/O 完成的過程中，進程可能處于不可中斷睡眠狀態(tài)。
• T（暫停或者跟蹤狀態(tài)）：暫停狀態(tài)是指進程收到 sigstopt 信號變?yōu)闀和顟B(tài)，跟蹤狀態(tài)則是在被調(diào)試或跟蹤時的狀態(tài)。例如，在使用調(diào)試工具時，進程可以被設(shè)置為跟蹤狀態(tài)，以便開發(fā)者觀察其執(zhí)行過程。
• Z（僵尸狀態(tài)）：退出狀態(tài)，進程稱為僵尸進程（子進程退出）。當子進程完成任務(wù)后，它會進入僵尸狀態(tài)，等待父進程讀取其退出狀態(tài)信息。如果父進程沒有及時處理，僵尸進程會一直占用系統(tǒng)資源。
• X（退出狀態(tài)，進程即將被銷毀）：退出狀態(tài)，進程即將被銷毀。當進程完成所有任務(wù)并釋放了所有資源后，會進入這個狀態(tài)，等待系統(tǒng)最終清理。

進程狀態(tài)之間可以相互轉(zhuǎn)換。一般來說，進程可能從可執(zhí)行狀態(tài)（R）進入睡眠狀態(tài)（S 或 D），當?shù)却氖录l(fā)生時，又從睡眠狀態(tài)轉(zhuǎn)換回可執(zhí)行狀態(tài)。如果進程收到暫停信號，會從可執(zhí)行狀態(tài)轉(zhuǎn)換為暫停狀態(tài)（T），收到繼續(xù)執(zhí)行的信號后再轉(zhuǎn)換回可執(zhí)行狀態(tài)。當進程完成任務(wù)后，會從可執(zhí)行狀態(tài)轉(zhuǎn)換為退出狀態(tài)（Z 或 X）。

三、常見調(diào)度策略

3.1實時調(diào)度策略

實時調(diào)度策略對于那些對時間極為敏感的任務(wù)而言，無疑是至關(guān)重要的保障。在 Linux 系統(tǒng)中，實時調(diào)度策略主要包含 DEADLINE、SCHED_FIFO 以及 SCHED_RR 這幾種類型 。

DEADLINE 調(diào)度策略，猶如一位精準的時間管家，它主要依據(jù)任務(wù)的截止時間來進行調(diào)度決策。每個任務(wù)在創(chuàng)建之初，都會被分配運行時（Runtime）、周期（Period）以及最后期限（Deadline）這三個關(guān)鍵參數(shù)。調(diào)度器會如同嚴格的監(jiān)工，時刻緊盯任務(wù)的最后期限，優(yōu)先調(diào)度那些截止時間最早的任務(wù)。舉例來說，在工業(yè)自動化生產(chǎn)線上，傳感器數(shù)據(jù)的實時采集與處理任務(wù)就對時間有著嚴苛的要求，DEADLINE 調(diào)度策略能夠確保這些任務(wù)在規(guī)定的時間內(nèi)完成，從而保障生產(chǎn)線的穩(wěn)定、高效運行。

Linux 實時進程采用 SCHED_FIFO 和 SCHED_RR 調(diào)度算法：

①SCHED_FIFO

特點：實現(xiàn)了一種簡單的、先入先出的調(diào)度算法，不使用時間片。處于可運行狀態(tài)的 SCHED_FIFO 級的進程會比任何 SCHED_NORMAL 級的進程都先得到調(diào)用。一旦一個 SCHED_FIFO 級進程處于可執(zhí)行狀態(tài)，就會一直執(zhí)行，直到它自己受阻塞或顯式地釋放處理器為止。只有更高優(yōu)先級的 SCHED_FIFO 或者 SCHED_RR 任務(wù)才能搶占 SCHED_FIFO 任務(wù)。如果有兩個或者更多的同優(yōu)先級的 SCHED_FIFO 級進程，它們會輪流執(zhí)行，但是依然只有在它們愿意讓出處理器時才會退出。只要有 SCHED_FIFO 級進程在執(zhí)行，其他級別較低的進程就只能等待它變?yōu)椴豢蛇\行態(tài)后才有機會執(zhí)行。

實時優(yōu)先級的靜態(tài)特性影響：實時優(yōu)先級只有靜態(tài)優(yōu)先級，不會調(diào)整優(yōu)先級，默認優(yōu)先級為 0 - 99（MAX_RT_PRIO = 100）。這意味著一旦確定了實時進程的優(yōu)先級，在整個運行過程中它不會因為其他因素而改變，保證了高優(yōu)先級的實時進程能夠在需要時盡快得到執(zhí)行。

②SCHED_RR

特點：與 SCHED_FIFO 大體相同，只是 SCHED_RR 級的進程在耗盡事先分配給它的時間后就不能再繼續(xù)執(zhí)行了。也就是說，SCHED_RR 是帶有時間片的 SCHED_FIFO，是一種實時輪流調(diào)度算法。當 SCHED_RR 任務(wù)耗盡它的時間片時，在同一優(yōu)先級的其他實時進程被輪流調(diào)度。時間片只用來重新調(diào)度同一優(yōu)先級的進程。對于 SCHED_FIFO 進程，優(yōu)先級總是立即搶占低優(yōu)先級，但低優(yōu)先級進程決不能搶占 SCHED_RR 任務(wù)，即使它的時間片耗盡。

實時優(yōu)先級的靜態(tài)特性影響：同樣，由于實時優(yōu)先級是靜態(tài)的，SCHED_RR 進程在確定了優(yōu)先級后，其執(zhí)行順序和時間片的分配都是基于這個固定的優(yōu)先級。這使得系統(tǒng)在處理實時任務(wù)時能夠有明確的調(diào)度規(guī)則，確保關(guān)鍵任務(wù)能夠在規(guī)定的時間內(nèi)得到執(zhí)行。

3.2完全公平調(diào)度策略（CFS）

完全公平調(diào)度策略（CFS）是 Linux 進程調(diào)度器的核心組成部分，其設(shè)計理念精妙絕倫，旨在為系統(tǒng)中的每個進程都提供公平的 CPU 時間分配。

CFS 的核心思想建立在虛擬運行時間（vruntime）這一創(chuàng)新概念之上。簡單來講，虛擬運行時間是一個相對值，它用于衡量每個進程在 CPU 上的執(zhí)行時間份額。每個進程都擁有一個屬于自己的 vruntime，其數(shù)值會隨著進程的運行而不斷增加。不過，這里存在一個關(guān)鍵的區(qū)別，那就是不同優(yōu)先級的進程，其 vruntime 的增加速度并不相同。具體而言，高優(yōu)先級的進程，其 vruntime 的增長速度相對較慢；而低優(yōu)先級的進程，vruntime 的增長速度則會更快。這就好比在一場比賽中，高優(yōu)先級的選手被賦予了較慢的前進速度，而低優(yōu)先級的選手則以較快的速度前進，這樣一來，最終的結(jié)果是所有選手在虛擬的時間賽道上能夠相對公平地競爭。

為了更直觀地理解，我們不妨假設(shè)系統(tǒng)中有兩個進程 A 和 B，進程 A 的優(yōu)先級較高，進程 B 的優(yōu)先級較低。在開始時，它們的 vruntime 都為 0。隨著時間的推移，進程 A 和 B 都開始運行。由于進程 A 的優(yōu)先級高，它的 vruntime 增長速度較慢，假設(shè)在一段時間內(nèi)，進程 A 的 vruntime 只增加了 1；而進程 B 由于優(yōu)先級低，其 vruntime 增長速度較快，在相同的時間內(nèi)，進程 B 的 vruntime 增加了 3。此時，調(diào)度器在進行調(diào)度決策時，會優(yōu)先選擇 vruntime 值最小的進程，也就是進程 A。這樣，高優(yōu)先級的進程 A 就能夠得到更多的 CPU 運行時間，同時，低優(yōu)先級的進程 B 也不會被完全忽視，依然有機會在合適的時候運行。

在 CFS 的實現(xiàn)過程中，使用了紅黑樹這種高效的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)來管理所有進程。紅黑樹以 vruntime 作為鍵值，將所有可運行的進程按照 vruntime 的大小進行排序。這樣，在每次進行調(diào)度時，調(diào)度器只需要從紅黑樹的最左端選取 vruntime 值最小的進程，即可實現(xiàn)高效、公平的調(diào)度。這種方式不僅保證了進程間的公平性，還能夠有效減少調(diào)度的開銷，提高系統(tǒng)的整體性能。

完全公平調(diào)度算法依賴于虛擬時鐘，用以度量等待進程在完全公平系統(tǒng)中所能得到的CPU時間。但數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中并沒有虛擬時鐘的表示，這是因為虛擬時鐘可以通過實際時鐘，以及與每個進程相關(guān)的負荷權(quán)重計算出來；所有和虛擬時鐘相關(guān)的計算都在update_curr中進行的，該函數(shù)在系統(tǒng)中各個不同的地方調(diào)用。

336 static void update_curr(struct cfs_rq *cfs_rq)
 337 {
 338     struct sched_entity *curr = cfs_rq->curr;
 339     u64 now = rq_of(cfs_rq)->clock;
 340     unsigned long delta_exec;
 341 
 342     if (unlikely(!curr))
 343         return;
 344 
 345     /*
 346      * Get the amount of time the current task was running
 347      * since the last time we changed load (this cannot
 348      * overflow on 32 bits):
 349      */
 350     delta_exec = (unsigned long)(now - curr->exec_start);
 351 
 352     __update_curr(cfs_rq, curr, delta_exec);
 353     curr->exec_start = now;
 354 
 355     if (entity_is_task(curr)) {
 356         struct task_struct *curtask = task_of(curr);
 357 
 358         cpuacct_charge(curtask, delta_exec);
 359     }
 360 }

339 rq_of(cfs_rq)->clock 用于實現(xiàn)就緒隊列自身的時鐘，每次調(diào)用周期性調(diào)度器時，都會更新clock的值。

350 curr->exec_start保存了上次更改load時的時間，注意并不是進程的上一次運行時間。當前進程在一次運行過程中，可能會發(fā)生多次update_curr。

__update_curr

304 static inline void
 305 __update_curr(struct cfs_rq *cfs_rq, struct sched_entity *curr,
 306           unsigned long delta_exec)
 307 {
 308     unsigned long delta_exec_weighted;
 309     u64 vruntime;
 310 
 311     schedstat_set(curr->exec_max, max((u64)delta_exec, curr->exec_max));
 312 
 313     curr->sum_exec_runtime += delta_exec;
 314     schedstat_add(cfs_rq, exec_clock, delta_exec);
 315     delta_exec_weighted = delta_exec;
 316     if (unlikely(curr->load.weight != NICE_0_LOAD)) {
 317         delta_exec_weighted = calc_delta_fair(delta_exec_weighted,
 318                             &curr->load);
 319     }
 320     curr->vruntime += delta_exec_weighted;
 321 
 322     /*
 323      * maintain cfs_rq->min_vruntime to be a monotonic increasing
 324      * value tracking the leftmost vruntime in the tree.
 325      */
 326     if (first_fair(cfs_rq)) {
 327         vruntime = min_vruntime(curr->vruntime,
 328                 __pick_next_entity(cfs_rq)->vruntime);
 329     } else
 330         vruntime = curr->vruntime;
 331 
 332     cfs_rq->min_vruntime =
 333         max_vruntime(cfs_rq->min_vruntime, vruntime);
 334 }

• 313 sum_exec_runtime 該進程消耗的CPU時間累積值，@delta_exec是上一次更新負荷統(tǒng)計量時兩次的差值，二者都是真實時間。
• 316 如果進程的優(yōu)先級為120（nice = 0），那么虛擬時間和物理時間相同，否則通過calc_delta_mine計算虛擬執(zhí)行時間。
• 326 first_fait檢測樹上是否有最左邊的節(jié)點，即是否有進程在樹上等待調(diào)度。
• 332 cfs_rq->min_vruntime是單調(diào)增加的。

在運行過程中，進程調(diào)度實體的vruntime是單調(diào)增加的，優(yōu)先級越高的進程，增加的速度越慢，因此他們向右移動的速度也就越慢。這樣被調(diào)度的機會就越大。

延遲跟蹤：內(nèi)核有一個固有的概念，稱之為調(diào)度延遲，保證每個進程至少被運行一次的時間間隔。

sysctl_sched_latency：參數(shù)用來控制這個行為，缺省定義為20ms，可以通過/proc/sys/kernel/sched_latency_ns來控制。

sched_nr_latency：控制在一個延遲周期內(nèi)處理的最大活動數(shù)目。如果活動進程的數(shù)據(jù)超過了該上限，則延遲周期也成比例的線性擴展。

__sched_period：延遲周期的長度，通常就是sysctl_sched_latency，但是如果有更多的進程正在運行，那么其值要通過如下公式計算：

__sched_period = sysctl_sched_latency * nr_running / sched_nr_latency

在一個延遲周期內(nèi)，通過考慮各個進程的權(quán)重，將延遲周期的時間在活動進程之間進行分配。對于有某個調(diào)度實體表示的給定進程，分配到的時間如下計算：

static u64 sched_slice(struct cfs_rq *cfs_rq, struct sched_entity *se)
{
    u64 slice = __sched_period(cfs_rq->nr_running);
 
    slice *= se->load.weight;
    do_div(slice, cfs_rq->load.weight);
 
    return slice;
}

四、調(diào)度器的工作機制

4.1進程優(yōu)先級的確定

在 Linux 進程調(diào)度的復雜體系中，進程優(yōu)先級的確定猶如精密儀器的校準，是保障系統(tǒng)高效、穩(wěn)定運行的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。這一過程并非簡單隨意，而是受到諸多因素的綜合影響，其中，Nice 值和 Priority 權(quán)重值起著核心作用。

Nice 值，作為用戶可以對進程優(yōu)先級進行調(diào)整的重要手段，其取值范圍在 - 20 到 19 之間 。這里需要明確的是，數(shù)值越小，代表進程的優(yōu)先級越高。例如，當一個進程的 Nice 值被設(shè)置為 - 10 時，相較于 Nice 值為 5 的進程，它在 CPU 資源競爭中會更具優(yōu)勢，更有可能優(yōu)先獲得 CPU 的執(zhí)行時間。

通常情況下，普通用戶僅能將 Nice 值設(shè)置在 0 到 19 的區(qū)間內(nèi)，這意味著普通用戶只能降低自己進程的優(yōu)先級，以避免對系統(tǒng)中其他重要進程造成資源搶占。而超級用戶則擁有更大的權(quán)限，能夠在 - 20 到 19 的全范圍內(nèi)進行調(diào)整，從而根據(jù)系統(tǒng)的實際需求，靈活地為特定進程賦予更高或更低的優(yōu)先級。比如，在進行系統(tǒng)維護任務(wù)時，超級用戶可以將相關(guān)維護進程的 Nice 值設(shè)置為較低數(shù)值，以確保這些任務(wù)能夠優(yōu)先且高效地執(zhí)行。

Priority 權(quán)重值，并非孤立存在，它與 Nice 值緊密關(guān)聯(lián)，共同影響著進程的優(yōu)先級 。系統(tǒng)會依據(jù)一系列復雜的算法，結(jié)合 Nice 值以及其他諸如進程的資源使用情況、運行歷史等因素，來精確計算出每個進程的 Priority 權(quán)重值。這個權(quán)重值就如同進程在 CPU 資源分配 “賽場” 上的實力評估指標，權(quán)重值越高，進程在競爭 CPU 資源時的地位就越有利，能夠獲得的 CPU 時間份額也就越多。

例如，對于一個長時間運行且對系統(tǒng)性能至關(guān)重要的后臺服務(wù)進程，系統(tǒng)可能會根據(jù)其穩(wěn)定的資源使用情況和重要性，為其分配較高的 Priority 權(quán)重值，從而保證它在多進程環(huán)境中能夠持續(xù)、穩(wěn)定地獲得足夠的 CPU 資源，以維持服務(wù)的高效運行。

Linux 提供兩種優(yōu)先級：普通進程優(yōu)先級和實時進程優(yōu)先級。

⑴實時進程優(yōu)先級：

實時優(yōu)先級采用兩種調(diào)度算法：SCHED_FIFO（先入先出調(diào)度算法）和 SCHED_RR（時間片輪詢調(diào)度算法）。

實時優(yōu)先級只有靜態(tài)優(yōu)先級，不會調(diào)整優(yōu)先級，默認優(yōu)先級為 0 - 99（MAX_RT_PRIO = 100）。nice 值只影響 100 ~ 100 + 40 的進程優(yōu)先級。

對于 SCHED_FIFO 算法，只有當進程執(zhí)行完畢才能輪到其他進程執(zhí)行；對于 SCHED_RR 算法，一旦時間片消耗完，則將該進程放到隊列末端，其他進程才能執(zhí)行。

⑵普通進程優(yōu)先級

普通優(yōu)先級采用的調(diào)度算法是 SCHED_NORMAL（CFS 調(diào)度器實現(xiàn)）。

普通優(yōu)先級根據(jù)動態(tài)優(yōu)先級調(diào)度，動態(tài)優(yōu)先級由靜態(tài)優(yōu)先級調(diào)整而來。靜態(tài)優(yōu)先級由內(nèi)核隱藏，但可以由 nice 值計算得到：static_prio = MAX_RT_PRIO（默認 100）+ nice + 20。nice 取值范圍是 -20 ~ 19，所以靜態(tài)優(yōu)先級為 100 ~ 139。

進程時間片也是由靜態(tài)優(yōu)先級得到。如果靜態(tài)優(yōu)先級小于 120，時間片為 (140 - static_prio) * 20；如果靜態(tài)優(yōu)先級大于等于 120，時間片為 (140 - static_prio) * 5。

動態(tài)優(yōu)先級主要考慮靜態(tài)優(yōu)先級和進程平均運行時間 bouns 值，計算公式為：dynamic_prio = max (100, min (static_prio - bouns + 5, 139))。當 bouns 值大于 5 表示優(yōu)先級提高，小于 5 時優(yōu)先級變低。Linux 內(nèi)核會根據(jù)進程的平均運行時間動態(tài)改變進程的動態(tài)優(yōu)先級。一般來說，交互式進程的平均運行時間比較長，因此 Linux 內(nèi)核會獎勵從而增加 bouns 的值。

4.2調(diào)度的時機與觸發(fā)

進程調(diào)度的時機與觸發(fā)，就像是一場精心編排的交響樂演出中的節(jié)奏轉(zhuǎn)換，在 Linux 系統(tǒng)運行的每一刻都發(fā)揮著關(guān)鍵作用。了解這一過程，能夠讓我們深入洞悉系統(tǒng)是如何在不同場景下，巧妙地進行進程切換，以實現(xiàn)資源的最優(yōu)配置。

當進程的狀態(tài)發(fā)生變化時，調(diào)度器會敏銳地捕捉到這一信號，并適時地介入調(diào)度 。比如，當一個進程從運行狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榈却隣顟B(tài)時，這通常意味著它需要等待某種外部資源的就緒，如等待磁盤 I/O 操作完成、等待網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的接收等。以一個正在讀取大型文件的進程為例，當它發(fā)出讀取文件的請求后，由于磁盤讀寫速度相對較慢，它不得不進入等待狀態(tài)，此時調(diào)度器會感知到這一狀態(tài)變化，將 CPU 資源從該進程轉(zhuǎn)移到其他處于就緒狀態(tài)的進程上，以避免 CPU 資源的閑置浪費。同樣，當進程從等待狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榫途w狀態(tài)時，例如等待的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)已經(jīng)接收完畢，調(diào)度器會將其重新納入可調(diào)度的進程隊列中，參與 CPU 資源的競爭。

時間片用完也是引發(fā)調(diào)度的重要時機 。在 Linux 系統(tǒng)中，每個進程在被調(diào)度執(zhí)行時，都會被分配一個特定的時間片，這就好比運動員在比賽中被分配的一段特定比賽時間。當進程的時間片耗盡時，即使該進程尚未完成當前任務(wù)，系統(tǒng)也會強制暫停它的運行，并將 CPU 資源分配給其他就緒進程。這樣做的目的在于確保系統(tǒng)中的各個進程都能有機會公平地使用 CPU 資源，避免某個進程長時間獨占 CPU，導致其他進程饑餓。例如，在一個多用戶的服務(wù)器環(huán)境中，如果某個進程長時間占用大量 CPU 時間，會使得其他用戶的進程響應(yīng)遲緩，而通過時間片輪轉(zhuǎn)機制，能夠保證每個用戶的進程都能在合理的時間內(nèi)得到執(zhí)行，提高系統(tǒng)的整體公平性和響應(yīng)性能。

此外，當系統(tǒng)中出現(xiàn)中斷事件時，調(diào)度也可能會發(fā)生 。中斷是指計算機在運行過程中，由于外部設(shè)備或內(nèi)部事件的觸發(fā)，暫時停止當前正在執(zhí)行的程序，轉(zhuǎn)而執(zhí)行相應(yīng)的中斷處理程序的過程。例如，當用戶按下鍵盤上的某個按鍵時，會產(chǎn)生一個鍵盤中斷信號，通知系統(tǒng)有新的輸入事件發(fā)生。在處理中斷的過程中，系統(tǒng)可能會根據(jù)當前的進程狀態(tài)和資源需求，決定是否進行進程調(diào)度。如果在中斷處理完成后，發(fā)現(xiàn)有更適合運行的進程，調(diào)度器會及時進行切換，以確保系統(tǒng)能夠快速響應(yīng)各種外部事件，保持高效的運行狀態(tài)。

4.3進程調(diào)度器特點

Linux 進程調(diào)度器對于 CPU 進程調(diào)度，采用時間分片的方式，特點如下：

• 每個進程近似相等的 CPU 使用權(quán)：每一個進程有近乎相等的執(zhí)行時間，對于邏輯 CPU 而言，進程調(diào)度使用輪詢的方式執(zhí)行，當輪詢完成則回到第一個進程反復。進程數(shù)量消耗時間和進程量成正比，雖然這種方式可能導致一些重要任務(wù)延遲，但使得系統(tǒng)最為穩(wěn)定。
• 進程狀態(tài)與調(diào)度：對于大部分進程來說，不使用時多數(shù)處于睡眠狀態(tài)。除了睡眠狀態(tài)之外，進程還有運行狀態(tài)、僵死狀態(tài)、就緒狀態(tài)等。當進程處于睡眠狀態(tài)時，不占用 CPU 時間，只有在某些條件觸發(fā)時才會獲得 CPU 調(diào)度分配，如外部存儲器訪問、用戶鍵入或者鼠標操作觸發(fā)事件、等待指定時間等。
• 吞吐量和延遲：吞吐量是處理完成的進程數(shù)量與耗費時間的比值。如果進程多過邏輯 CPU 的數(shù)量，則再增加進程無法增加吞吐量。延遲是結(jié)束處理時間與開始處理時間的差值，多個進程執(zhí)行會獲得近似平均的延遲，進程越多延遲越高。在實際系統(tǒng)中，可能出現(xiàn)空閑進程、進程運行態(tài)但未就緒、進程運行態(tài)且都就緒等情況，不同情況會對延遲和吞吐量產(chǎn)生不同影響。

五、Linux調(diào)度器的演變歷程

Linux 調(diào)度器的發(fā)展歷程，猶如一部不斷演進的科技史詩，見證了操作系統(tǒng)為滿足日益復雜的計算需求而進行的持續(xù)創(chuàng)新與優(yōu)化 。

早期的 Linux 系統(tǒng)采用了相對簡單的調(diào)度算法，如 O (n) 調(diào)度器。這種調(diào)度器的工作方式較為直觀，它會在一個全局的任務(wù)隊列中，依次遍歷所有進程，從中挑選出優(yōu)先級最高的進程來執(zhí)行。不難想象，當系統(tǒng)中的進程數(shù)量較少時，這種調(diào)度方式能夠較為有效地工作。然而，隨著計算機技術(shù)的飛速發(fā)展，系統(tǒng)中同時運行的進程數(shù)量大幅增加，O (n) 調(diào)度器的弊端便逐漸暴露出來。由于每次調(diào)度都需要遍歷整個任務(wù)隊列，其時間復雜度與進程數(shù)量成正比，這就導致在高負載情況下，調(diào)度的效率急劇下降，系統(tǒng)性能受到嚴重影響。

為了應(yīng)對 O (n) 調(diào)度器的性能瓶頸，O (1) 調(diào)度器應(yīng)運而生。它的出現(xiàn)，猶如為 Linux 系統(tǒng)注入了一劑強心針，帶來了顯著的性能提升。O (1) 調(diào)度器的核心創(chuàng)新在于，為每個 CPU 都配備了獨立的運行隊列，并且通過精妙的算法，實現(xiàn)了在常數(shù)時間內(nèi)完成調(diào)度決策。這意味著，無論系統(tǒng)中存在多少進程，調(diào)度器都能以幾乎相同的速度進行調(diào)度，極大地提高了調(diào)度效率。具體來說，O (1) 調(diào)度器將進程按照優(yōu)先級分為不同的隊列，通過維護活動隊列和過期隊列，以及使用位圖等數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，快速地找到下一個需要執(zhí)行的進程。這種設(shè)計使得 O (1) 調(diào)度器在多處理器系統(tǒng)中表現(xiàn)出色，能夠更好地平衡負載，提高系統(tǒng)的整體性能。

然而，技術(shù)的發(fā)展永無止境，O (1) 調(diào)度器在使用過程中也逐漸暴露出一些問題。例如，它在處理 I/O 密集型任務(wù)時，識別準確率有待提高；而且，在進行活動隊列和過期隊列的交換以及重新評估優(yōu)先級時，會耗費一定的時間，這在一定程度上影響了系統(tǒng)的性能。為了解決這些問題，Completely Fair Scheduler（CFS）調(diào)度器橫空出世 。CFS 調(diào)度器的設(shè)計理念獨樹一幟，它摒棄了傳統(tǒng)的固定時間片概念，引入了虛擬運行時間（vruntime）的創(chuàng)新概念。每個進程都擁有自己的 vruntime，這個值會隨著進程的運行而不斷變化。CFS 調(diào)度器通過紅黑樹數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，對所有進程的 vruntime 進行排序，每次調(diào)度時，選擇 vruntime 最小的進程運行，從而確保了每個進程都能公平地獲得 CPU 時間。這種公平性的設(shè)計，使得 CFS 調(diào)度器在多任務(wù)環(huán)境下表現(xiàn)卓越，能夠為各種類型的進程提供高效、公平的調(diào)度服務(wù)。

近年來，隨著硬件技術(shù)的不斷進步，如多核處理器、超線程技術(shù)的廣泛應(yīng)用，以及用戶對系統(tǒng)性能和響應(yīng)性要求的日益提高，Linux 調(diào)度器也在持續(xù)進化。一些新的調(diào)度器，如 SCHED_DEADLINE、BORE（Burst-Oriented Response Enhancer）等應(yīng)運而生 。SCHED_DEADLINE 調(diào)度器專門針對具有嚴格時間限制的任務(wù)，能夠確保這些任務(wù)在截止日期前完成，在實時性要求極高的場景，如工業(yè)自動化控制、航空航天等領(lǐng)域，發(fā)揮著重要作用。BORE 調(diào)度器則通過引入 “突發(fā)性” 這一概念，對任務(wù)的權(quán)重和延遲進行動態(tài)調(diào)整，能夠更好地適應(yīng)不同類型的系統(tǒng)負載，在多任務(wù)環(huán)境中，為用戶提供更流暢、高效的使用體驗。

回顧 Linux 調(diào)度器的演變歷程，從簡單的 O (n) 調(diào)度器到高效的 O (1) 調(diào)度器，再到公平的 CFS 調(diào)度器以及不斷涌現(xiàn)的新型調(diào)度器，每一次的變革都緊密圍繞著硬件的發(fā)展和用戶的需求展開。這些演進不僅提升了 Linux 系統(tǒng)的性能和穩(wěn)定性，還為用戶帶來了更加出色的使用體驗，使得 Linux 操作系統(tǒng)在各種領(lǐng)域中都能保持強大的競爭力。

六、案例分析

在實際的應(yīng)用場景中，Linux 進程調(diào)度器的作用得到了淋漓盡致的體現(xiàn)。以服務(wù)器端的 Web 應(yīng)用為例，在高并發(fā)的訪問情況下，大量的 HTTP 請求如潮水般涌來，每個請求都對應(yīng)著一個進程或線程。此時，Linux 進程調(diào)度器憑借其高效的調(diào)度策略，能夠迅速且合理地為這些進程分配 CPU 資源，確保每個請求都能得到及時的處理。比如，當一個用戶在瀏覽器中快速點擊多個鏈接，發(fā)起一系列的頁面請求時，調(diào)度器會快速響應(yīng)，優(yōu)先處理那些對響應(yīng)時間要求較高的交互式請求，讓用戶感受到流暢的瀏覽體驗，避免出現(xiàn)長時間等待或頁面卡頓的情況。

在實時控制系統(tǒng)中，Linux 進程調(diào)度器同樣發(fā)揮著關(guān)鍵作用。以自動駕駛汽車的控制系統(tǒng)為例，車輛在行駛過程中，需要實時采集各種傳感器的數(shù)據(jù)，如攝像頭圖像數(shù)據(jù)、雷達距離數(shù)據(jù)等，并對這些數(shù)據(jù)進行快速處理，以做出準確的駕駛決策，如加速、剎車、轉(zhuǎn)向等。Linux 進程調(diào)度器能夠確保這些實時任務(wù)在嚴格的時間限制內(nèi)完成，保證車輛的行駛安全。在工業(yè)自動化生產(chǎn)線中，各種設(shè)備的控制和數(shù)據(jù)采集任務(wù)也對實時性要求極高，調(diào)度器能夠根據(jù)任務(wù)的優(yōu)先級和時間要求，精確地調(diào)度各個進程，確保生產(chǎn)線的高效、穩(wěn)定運行。

在移動設(shè)備領(lǐng)域，Linux 系統(tǒng)也被廣泛應(yīng)用。以智能手機為例，當用戶同時運行多個應(yīng)用程序，如微信、音樂播放器、瀏覽器等時，Linux 進程調(diào)度器會根據(jù)各個應(yīng)用的優(yōu)先級和資源需求，合理分配 CPU 時間。對于正在前臺運行的應(yīng)用，調(diào)度器會給予較高的優(yōu)先級，確保其能夠流暢運行，為用戶提供良好的交互體驗；而對于后臺運行的應(yīng)用，調(diào)度器會適當降低其優(yōu)先級，在保證系統(tǒng)整體性能的前提下，讓它們在空閑時間進行數(shù)據(jù)更新等操作。這樣，用戶在使用手機時，就能夠感受到多個應(yīng)用的同時運行，而不會出現(xiàn)明顯的卡頓或延遲現(xiàn)象。

七、全文總結(jié)

Linux 進程調(diào)度器作為操作系統(tǒng)的核心組件，歷經(jīng)多年的發(fā)展與演進，已經(jīng)成為一個功能強大、高度優(yōu)化的資源管理系統(tǒng)。從早期簡單的調(diào)度算法到如今復雜而精妙的調(diào)度策略，每一次的變革都緊密貼合著硬件技術(shù)的發(fā)展以及用戶不斷增長的需求。它不僅確保了系統(tǒng)的高效運行，還為各種應(yīng)用場景提供了堅實的支持。

實時調(diào)度策略為對時間要求極高的任務(wù)提供了精準的保障，使得諸如工業(yè)自動化、航空航天等關(guān)鍵領(lǐng)域的系統(tǒng)能夠穩(wěn)定、可靠地運行。而完全公平調(diào)度策略（CFS）則秉持著公平的理念，為系統(tǒng)中的每個進程都分配了合理的 CPU 時間，有效避免了進程饑餓現(xiàn)象的發(fā)生，極大地提升了系統(tǒng)的整體性能和用戶體驗。

展望未來，隨著科技的飛速發(fā)展，Linux 進程調(diào)度器有望迎來更多令人矚目的創(chuàng)新與突破。隨著人工智能和機器學習技術(shù)的蓬勃興起，將這些先進技術(shù)融入到調(diào)度器的設(shè)計中，實現(xiàn)更加智能化的調(diào)度決策，是一個極具潛力的發(fā)展方向。通過對系統(tǒng)運行狀態(tài)的實時監(jiān)測和深度分析，調(diào)度器能夠精準預測進程的資源需求，并據(jù)此動態(tài)調(diào)整調(diào)度策略，從而進一步提升系統(tǒng)的資源利用率和響應(yīng)速度。

此外，隨著硬件技術(shù)的不斷革新，如新型處理器架構(gòu)的不斷涌現(xiàn)，Linux 進程調(diào)度器也需要持續(xù)優(yōu)化，以充分發(fā)揮這些硬件的強大性能。在面對未來復雜多變的應(yīng)用場景和用戶需求時，相信 Linux 進程調(diào)度器將憑借其強大的適應(yīng)性和創(chuàng)新性，不斷發(fā)展壯大，為 Linux 操作系統(tǒng)的持續(xù)領(lǐng)先地位奠定堅實的基礎(chǔ)。