阅读打卡第八站：进程管理之调度与负载均衡 ——《奔跑吧Linux内核（第2版）卷1》

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预计阅读完《奔跑吧Linux内核（第2版）卷1：基础架构》第八章可解答。

作者笨叔给了的本章打卡题目：

1．请简述进程优先级、nice值和权重之间的关系。
2．请简述CFS是如何工作的。
3．CFS中vruntime是如何计算的？

 

 

 

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maskmoo

1．请简述进程优先级、nice值和权重之间的关系。

进程优先级和Nice值是相对于单个进程而言的；CFS中的权重是相对于所有进程而言的，用于实现公平调度；高Nice值和低权重表示相对较低的优先级，而低Nice值和高权重表示相对较高的优先级。

2．请简述CFS是如何工作的。

CFS是 Linux 内核中的一种调度策略，旨在实现对系统中运行的进程的公平调度。CFS的主要思想是按照进程的权重来分配CPU时间，以实现对进程的相对公平。
3．CFS中vruntime是如何计算的？

paope

1. 进程优先级、nice值和权重之间的关系： - 进程优先级：操作系统为了有效地调度进程而引入的概念，通常表示为一个数字，数字越低表示优先级越高。 - nice值：是一个用户可调整的进程优先级的参数，范围一般为-20到+19。负值表示高优先级，正值表示低优先级。 - 权重：Linux中的CFS（完全公平调度器）使用权重来确定进程的相对优先级。CFS把进程的nice值转换为一个权重，通过这个权重来分配CPU时间。 具体关系如下：nice值的改变会影响进程的权重，而权重决定了进程在CFS中的调度优先级。较高权重的进程更容易获得CPU时间，从而提高其执行优先级。 2. CFS（完全公平调度器）的工作原理： - CFS旨在提供公平的CPU时间分配，确保所有运行中的进程都有相等的时间片。 - CFS使用虚拟运行时间（vruntime）来衡量进程的执行时间。每个进程都有一个vruntime值，表示它在CPU上运行的时间。 - 进程的调度优先级与其vruntime值成反比。vruntime值越小，表示进程执行时间越长，其调度优先级越低。 - CFS通过不断选择vruntime最小的进程来进行调度，以确保资源公平地分配。 3. CFS中vruntime的计算： - 初始时，每个进程的vruntime值为0。 - 当一个进程在CPU上运行时，其vruntime值会增加，增加的速度与进程的权重成正比。 - CFS会根据进程的权重和运行时间来计算新的vruntime值，以维持公平调度。 - 具体计算公式：新的vruntime = 当前vruntime + 运行时间 * 权重。 通过这种方式，CFS通过动态调整vruntime值来确定下一个应该被调度的进程，以实现公平的CPU时间分配。

yin_wu_qing

1. 请简述进程优先级、nice值和权重之间的关系。
   操作系统中经典的进程调度算法是基于优先级调度的。优先级调度的核心思想是把进程按照优先级进行分类，紧急的进程优先级高，不紧急、不重要的进程优先级低。调度器总是从就绪队列中选择优先级高的进程进行调度，而且优先级高的进程分配的时间片会比优先级低的进程长，这体现一种等级制度。Linux系统最早采用nice值来调整进程的优先级。nice值的思想是要对其他进程友好，降低优先级来支持其他进程消耗更多的处理器时间。它的范围是-20 ~ +19，默认值是0。nice值越大，优先级反而越低；nice值越低，优先级越高。nice值-20表示这个进程是非常重要的，优先级最高；而nice值19则表示允许其他进程比这个线程优先享有宝贵的CPU时间，这也是nice值的由来。内核使用0~139的数值表示进程的优先级，数值越小，优先级越高。优先级0~99给实时进程使用，100~139给普通进程使用。另外，在用户空间中有一个传统的变量nice，它用于映射普通进程的优先级，即100~139。
2. 请简述CFS是如何工作的。
   CFS调度器抛弃以前固定时间片和固定调度周期的算法，采用进程权重值的比重来量化和计算实际运行时间。引入虚拟时钟的概念，每个进程的虚拟时间是实际运行时间相对nice值为0的权重的比例值。进程按照各自不同的速率比在物理时钟节拍内前进。nice值小的进程，优先级高且权重大，其虚拟时钟比真实时钟跑得慢，但是可以获得比较多的运行时间；反之，nice值大的进程，优先级低，权重也低，其虚拟时钟比真实时钟跑得快，获得比较少的运行时间。CFS调度器总是选择虚拟时钟跑得慢的进程，类似一个多级变速箱，nice值为0的进程是基准齿轮，其他各个进程在不同变速比下相互追赶，从而达到公正公平。
3. CFS中vruntime是如何计算的？

          在CFS中有一个计算虚拟时间的核心函数calc_delta_fair()，它的计算公式vruntime=(delta_exec*nice_0_weight)/weight。其中，delta_exec为实际运行时间，nice_0_weight为nice为0的权重值，weight表示该进程的权重值。在update_curr()函数中，完成了该值的计算，此时，为了计算高效，将计算方式变成了乘法和移位vruntime=        (delta_exec*nice_0_weight*inv_weight)>>shift，其中inv_weight=2^32/weight，是预先计算好存放在prio_to_wmult中的。

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2024-1-19 23:23 上传

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硬核王同学

1．请简述进程优先级、nice值和权重之间的关系。

答：

• 进程优先级：内核使用0~139的数值表示进程的优先级，数值越低，优先级越高。优先级0~99给实时进程使用，100~139给普通进程使用。
• nice：是一个用户空间的传统变量，它映射到普通进程的优先级，即100~139。nice值的范围是-20~19，进程默认的nice值为0。可以理解成有40个等级，nice值越高，优先级越低，反之亦然。
• 权重：内核使用load_weight数据结构来记录调度实体的权重信息。

具体关系如下：nice值的改变会影响进程的权重，而权重决定了进程在CFS中的调度优先级。如果一个CPU密集型的应用程序的nice值从0增加到1，那么它相对于其他nice值为0的应用程序将减少10%的CPU时间。因此进程每降低一个nice级别，优先级则提高一个级别相应的进程多获得10%的CPU时间，反之少获得10%的CPU时间。较高权重的进程更容易获得CPU时间，从而提高其执行优先级。

2．请简述CFS是如何工作的。

答：

CFS（Completely Fair Scheduler，完全公平调度器）是Linux操作系统中的一种进程调度器。它的主要目标是在多个进程之间公平地分配CPU时间，以提高系统的整体性能和公平性。

CFS的工作原理如下：

1. CFS将系统中所有的活动进程组织成一个虚拟的红黑树。每个进程都有一个称为"虚拟运行时间"（virtual runtime）的属性，用于衡量进程已经执行的时间量。

2. 当进程需要执行时，CFS选择该红黑树中虚拟运行时间最小的进程来运行。这保证进程能够按照它们公平的份额获得CPU时间。

3. 当一个进程开始执行时，CFS会根据进程的优先级动态调整进程的虚拟运行时间。优先级较高的进程会在单位时间内获得更多的虚拟运行时间，从而有更高的执行优先级。

4. 当一个进程执行完毕或者阻塞时，它会释放CPU并从红黑树中移除。同时，CFS会调整其他进程的虚拟运行时间，以保持公平性。

3．CFS中vruntime是如何计算的？

答： 在CFS中有一个计算虚拟时间的核心函数calc_delta_fair()，它的计算公式vruntime=(delta_exec*nice_0_weight)/weight。其中，vruntime表示进程虚拟的运行时间，delta_exec为实际运行时间，nice_0_weight为nice为0的权重值，weight表示该进程的权重值。

lemonboard

1. 进程优先级是一个无符号整数，代表该进程在系统任务调度时优先处理顺序。数值越低，优先级越高。而nice值也代表着优先级，具体指普通进程的优先级，即100 - 139。权重则是另一种表示优先级的方式，其配合nice值一起使用，在计算系统依据优先级分配时的一个中间量。
2. CFS使用权重值来分配进程占用系统时间的长度，通过中间量vruntime虚拟时间作为影响因子调节实现占用时间，其计算方式为查表法。节省计算时间，节约调度时间成本
3. 在CFS中通过calc_delta_fair()函数来计算，计算公式为vruntime = delta_exec * nice_0_weight / weight。