1. Linux进程调度概述
进程调度是操作系统中的重要组成部分，它负责分配CPU资源给不同的进程，以确保系统的效率和公平性。Linux操作系统采用了一种多任务、抢占式的进程调度策略。本文将深入探索Linux进程调度策略，了解其原理和实现机制。
2. 进程调度算法
2.1 先来先服务（FCFS）
FCFS是最简单的进程调度算法，采用先到先服务的原则，即按照进程进入就绪队列的顺序进行调度。这种算法的优点是实现简单，缺点是可能导致长作业效应，即长时间运行的进程会占用CPU资源，影响其他进程的执行。
// FCFS调度算法的实现示例
void FCFS(){
// 按照进程到达时间排序就绪队列
sort(readyQueue.begin(), readyQueue.end(), compareArrivalTime);
// 依次执行就绪队列中的进程
for(auto process : readyQueue){
executeProcess(process);
}
}
2.2 最短作业优先（SJF）
SJF算法根据进程的执行时间进行调度，优先选择执行时间最短的进程。这种算法可以最大程度地减少平均等待时间，但可能导致长作业等待过久的问题。SJF算法有两种实现方式，一种是非抢占式的，一种是抢占式的。
// 非抢占式SJF调度算法的实现示例
void SJFNonPreemptive(){
// 按照执行时间排序就绪队列
sort(readyQueue.begin(), readyQueue.end(), compareBurstTime);
// 依次执行就绪队列中的进程
for(auto process : readyQueue){
executeProcess(process);
}
}
// 抢占式SJF调度算法的实现示例
void SJFPreemptive(){
while(!readyQueue.empty()){
// 选择执行时间最短的进程
auto minBurstProcess = min_element(readyQueue.begin(), readyQueue.end(), compareBurstTime);
// 执行该进程
executeProcess(*minBurstProcess);
if(minBurstProcess->remainingTime == 0){
// 进程执行完毕，从就绪队列中移除
readyQueue.erase(minBurstProcess);
}
}
}
2.3 时间片轮转（RR）
RR算法将CPU时间划分为多个时间片，每个进程在一个时间片内执行一定数量的指令，然后切换到下一个进程。这种算法能够保证所有进程公平地获得CPU时间片，避免了长作业的饥饿现象。
// RR调度算法的实现示例
void RR(){
int timeSlice = 10; // 时间片长度为10个单位时间
int currentTime = 0;
queue<Process> readyQueue;
queue<Process> waitingQueue;
while(!readyQueue.empty() || !waitingQueue.empty()){
if(!readyQueue.empty()){
Process currentProcess = readyQueue.front();
readyQueue.pop();
// 执行一个时间片的指令
for(int i = 0; i < timeSlice && currentProcess.remainingTime > 0; i++){
executeInstruction(currentProcess);
currentProcess.remainingTime--;
currentTime++;
}
if(currentProcess.remainingTime > 0){
// 时间片用完，该进程需要继续等待
waitingQueue.push(currentProcess);
}
}
else{
// 所有进程都在等待中，时间推进
currentTime++;
}
// 检查是否有新的进程到达
for(auto process : processes){
if(process.arrivalTime == currentTime){
readyQueue.push(process);
}
}
// 如果有等待中的进程，将其加入就绪队列尾部
while(!waitingQueue.empty()){
readyQueue.push(waitingQueue.front());
waitingQueue.pop();
}
}
}
3. Linux的进程调度器
Linux采用了多级反馈队列（MLFQ）调度算法作为默认的进程调度器。MLFQ将进程划分为多个不同优先级的队列，每个队列采用不同的调度策略。具体来说，Linux的调度器将进程分为实时进程和普通进程两个优先级队列。
3.1 实时进程调度
实时进程通常对响应时间要求较高，要求系统能够保证其在指定的时间内得到执行。Linux实现了两种实时调度策略，一种是SCHED_FIFO（先进先出），另一种是SCHED_RR（轮转）。
在SCHED_FIFO策略下，每个实时进程按照先到先服务的原则进行调度，直到进程执行完毕或者自愿放弃CPU资源。
在SCHED_RR策略下，每个实时进程都有一个相同的时间片，当时间片用完后，进程会被放到队列的末尾，等待下一个调度周期再次执行。
// 设置进程的调度策略为SCHED_FIFO
struct sched_param param;
param.sched_priority = 1;
sched_setscheduler(pid, SCHED_FIFO, ¶m);
// 设置进程的调度策略为SCHED_RR
struct sched_param param;
param.sched_priority = 1;
sched_setscheduler(pid, SCHED_RR, ¶m);
3.2 普通进程调度
普通进程的调度使用了CFS（完全公平调度）算法。CFS通过维护一个红黑树来记录每个进程的虚拟运行时间，根据虚拟运行时间的大小来确定下一个执行的进程。
CFS算法使用了可变的时间片长度，根据进程的优先级动态地调整时间片。优先级较高的进程会获得较长的时间片，而优先级较低的进程会获得较短的时间片。
4. 结语
本文深入探索了Linux进程调度策略，包括先来先服务、最短作业优先、时间片轮转和Linux的默认调度器等内容。了解这些调度算法对于理解操作系统的内部工作原理和提高系统的性能都有重要意义。
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