linux进程的高级管理,sched_yield()函数 高级进程管理
1、让出处理器
Linux提供一个系统调用运行进程主动让出执行权:sched_yield。进程运行的好好的,为什么需要这个函数呢?有一种情况是用户空间线程的锁定。如果一个线程试图取得另一个线程所持有的锁,则新的线程应该让出处理器知道该锁变为可用。用户空间锁没有内核的支持,这是一个最间单、最有效率的做法。但是现在Linux线程实现引入一个使用futexes的优化解决方案。
另一个情况是在有处理器密集型程序可用周期性调用sched_yield,试图将该进程对系统的冲击减到最小。不管怎么说,如何调度程序应该是系统的事情,而不是进程自己去管。eg:
int main(){ int ret, i;
ret = sched_yield(); if(ret == -1){
printf("调用sched_yield失败!\n");
} return 0;
}
那该调用内核是如何实现的?2.6以前的版本sched_yield所造成的影响非常小,如果存在另一个可以运行的进程,内核就切换到该进程,把进行调用的进程放在可运行进程列表的结尾处。短期内内核会对该进程进行重新调度。这样的话可能出现“乒乓球”现象,也就是两个程序来回运行,直到他们都运行结束。2.6版本中做了一些改变:
如果进程是RR,把它放到可运行进程结尾,返回。
否则,把它从可运行进程列表移除,放到到期进程列表,这样在其他可运行进程时间片用完之前不会再运行该进程。
从可执行进程列表中找到另一个要执行的进程。
2、进程的优先级
看过CFS中会看到进程的nice value会决定进程会运行多长时间,或者说是占用的百分比。可以通过系统调用nice来设置、获取进程的nice value。该值的范围是-20~19,越低的值越高的优先级(这个在计算虚拟时间的时候放在分母上),实时进程应该是负数,eg:
int main(){ int ret, i;
ret = nice(0);
printf("当前进程的nice value:%d\n", ret);
ret = nice(10);
printf("当前进程的nice value:%d\n", ret); return 0;
}
因为ret本来就可以是-1,那么在判断是否系统调用失败的时候就要综合ret和errno。还有两个系统调用可以更灵活地设置,getpriority可以获得进程组、用户的任何进程中优先级最高的。setpriority将所指定的所有进程优先级设置为prio,eg:
int main(){ int ret, i;
ret = getpriority(PRIO_PROCESS, 0);
printf("nice value:%d\n", ret);
ret = setpriority(PRIO_PROCESS, 0, 10);
ret = getpriority(PRIO_PROCESS, 0);
printf("nice value:%d\n", ret); return 0;
}
进程有在处理器上执行的优先级,也有传输数据的优先级:I/O优先级。linux有额外的两个系统调用可用显示设置和取得I/O nice value,但是尚未导出:
int ioprio_get(int which, int who); int ioprio_set(int which, int who, int ioprio);
3、处理器亲和性
Linux支持具有多个处理器的单一系统。在SMP上,系统要决定每个处理器上要运行那些程序,这里有两项挑战:
调度程序必须想办法充分利用所有的处理器。
切换程序运行的处理器是需要代价的。
进程会继承父进程的处理器亲和性,Linux提供两个系统调用用于获取和设定“硬亲和性”。eg:
int main(){ int ret, i;
cpu_set_t set;
CPU_ZERO(&set);
ret = sched_getaffinity(0, sizeof(cpu_set_t), &set); if(ret == -1)
printf("调用失败!\n"); for(i = 0; i < 10; i++){ int cpu = CPU_ISSET(i, &set);
printf("cpu=%i is %s\n", i, cpu?"set":"unset");
}
CPU_ZERO(&set);
CPU_SET(0, &set);
CPU_CLR(1, &set);
ret = sched_setaffinity(0, sizeof(cpu_set_t), &set); if(ret == -1)
printf("调用失败!\n"); for(i = 0; i < 10; i++){ int cpu = CPU_ISSET(i, &set);
printf("cpu=%i is %s\n", i, cpu?"set":"unset");
} return 0;
}
4、Linux的调度策略与优先级
关于Linux系统中对进程的几种调度方法和他们的区别就不在这里说了,这里关注的是如何获取、设置这些值。可以使用sched_getscheduler来获取进程的调度策略,eg:
int main(){ int ret, i; struct sched_param sp;
sp.sched_priority = 1;
ret = sched_setscheduler(0, SCHED_RR, &sp); if(ret == -1)
printf("sched_setscheduler failed.\n"); if(errno == EPERM)
printf("Process don't the ability.\n");
ret = sched_getscheduler(0); switch(ret){ case SCHED_OTHER:
printf("Policy is normal.\n"); break; case SCHED_RR:
printf("Policy is round-robin.\n"); break; case SCHED_FIFO:
printf("Policy is first-in, first-out.\n"); break; case -1:
printf("sched_getscheduler failed.\n"); break; default:
printf("Unknow policy\n");
} return 0;
}
sched_getparam和sched_setparam接口可用于取得、设定一个已经设定好的策略,这里不只是返回一个策略的ID,eg:
int main(){ int ret, i; struct sched_param sp;
sp.sched_priority = 1;
ret = sched_setparam(0, &sp); if(ret == -1)
printf("sched_setparam error.\n");
ret = sched_getparam(0, &sp); if(ret == -1)
printf("sched_getparam error.\n");
printf("our priority is %d.\n", sp.sched_priority); return 0;
}
Linux提供两个用于取得有效优先值的范围的系统调用,分别返回最大值、最小值,eg:
int main(){ int ret, i; struct sched_param sp;
ret = sched_get_priority_min(SCHED_RR); if(ret == -1)
printf("sched_get_priority_min error.\n");
printf("The min nice value is %d.\n", ret);
ret = sched_get_priority_max(SCHED_RR); if(ret == -1)
printf("sched_get_priority_max error.\n");
printf("The mmax nice value is %d.\n", ret); return 0;
}
关于时间片,这个概念可能在Linux中和传统的在操作系统的课程中学到的还是有很大的区别的,如果感兴趣的化可以看看CFS里面的。通过sched_rr_get_interval可以取到分配给pid的时间片的长度,eg:
int main(){ int ret, i; struct timespec tp;
ret = sched_rr_get_interval(0, &tp); if(ret == -1)
printf("sched_rr_get_interval error.\n");
printf("The time is %ds:%ldns.\n", (int)tp.tv_sec, tp.tv_nsec); return 0;
}
5、实时进程的预防措施
由于实时进程的本质,开发者在开发和调试此类程序时应该谨慎行事,如果一个实时进程突然发脾气,系统的反应会突然变慢。任何一个CPU密集型循环在一个实时程序中会继续无止境地运行下去,只要没有优先级更高实时进程变成可运行的。因此设计实时程序的时候要谨慎,这类程序至高无上,可用轻易托跨整个系统,下面是一些要决与注意事项:
因为实时进程会好用系统上一切资源,小心不要让系统其他进程等不到处理时间。
循环可能会一直运行到结束。
小心忙碌等待,也就是实时进程等待一个优先级低的进程所占有的资源。
开发一个实时进程的时候,让一个终端保持开启状态,以更高的优先级来运行该实时进程,发生紧急情况终端机依然会有反应,允许你终止失控的实时进程。
使用chrt设置、取得实时属性。
6、资源限制
Linux对进程加上了若干资源限制,这些限制是一个进程所能耗用的内核资源的上限。限制的类型如下:
RLIMIT_AS:地址空间上限。
RLIMIT_CORE:core文件大小上限。
RLIMIT_CPU:可耗用CPU时间上限。
RLIMIT_DATA:数据段与堆的上限。
RLIMIT_FSIZE:所能创建文件的大小上限。
RLIMIT_LOCKS:文件锁数目上限。
RLIMIT_MEMLOCK:不具备CAP_SYS_IPC能力的进程最多将多少个字节锁进内存。
RLIMIT_MSGQUEUE:可以在消息队列中分配多少字节。
RLIMIT_NICE:最多可以将自己的友善值调多低。
RLIMIT_NOFILE:文件描述符数目的上限。
RLIMIT_NPROC:用户在系统上能运行进程数目上限。
RLIMIT_RSS:内存中页面的数目的上线。
RLIMIT_RTPRIO:不具备CAP_SYS_NICE能力进程所能请求的实时优先级的上限。
RLIMIT_SIGPENDING:在队列中信号量的上限,Linux特有的限制。
RLIMIT_STACK:堆栈大小的上限。
这些就不多说了,到了实际用到的时候再仔细看,eg:
int main(){ int ret, i; struct rlimit rlim;
rlim.rlim_cur = 32*1024*1024;
rlim.rlim_max = RLIM_INFINITY;
ret = setrlimit(RLIMIT_CORE, &rlim);
ret = getrlimit(RLIMIT_CORE, &rlim); if(ret == -1)
printf("getrlimit error.\n");
printf("RLIMIT_CORE limits: soft=%ld hard=%ld\n", rlim.rlim_cur, rlim.rlim_max); return 0;
}
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