Linux内核进程管理与调度：策略优化与实践分析( 二 ) _Linux

四、多处理器下的Linux进程调度4.1 对称多处理架构下的负载均衡在对称多处理架构（Symmetric Multi-Processor, SMP）中，所有处理器都是相等的，每个处理器都可以访问共享内存。在这种架构下，Linux内核通常使用负载均衡算法来平衡多个处理器的工作量，以提高系统效率。例如，在CFS算法中，Linux内核使用红黑树来维护等待执行的进程队列，并通过最小化整个系统的最小负载差异来保持负载均衡。
4.2 非对称多处理架构下的优化在非对称多处理架构（Asymmetric Multi-Processor, AMP）中，处理器通常被分配到不同的任务上，因此无法直接访问共享内存。在这种情况下，为了发挥系统的最大性能，需要考虑在多个处理器之间更好地分配任务。
一种通用的方法是使用“领导者”或“主节点”来协调各个处理器的任务。主节点将任务分配给每个处理器，并监视它们的运行情况。如果某个处理器出现故障或变得过于繁忙，则主节点会重新分配任务，从而保持系统处于最佳状态。
4.3 多队列调度算法多队列调度算法是一种可用于多处理器系统的调度算法。它通过将每个处理器分配给一个独立的运行队列，实现最大化利用多处理器系统资源。在多队列调度算法中，调度器把任务动态地分发到这些运行队列中，并执行所需操作。这种算法能够减少不同进程共享处理器核心导致出现的竞争情况，在满足负载均衡的同时，还能够保持高效性和公平性。
需要指出的是，由于现代计算机通常都有多个CPU核心，因此多处理器下的Linux进程调度和管理仍然是一个广泛和活跃的领域，研究人员一直在探索不同的技术和算法，以解决新问题并提升系统性能。
五、CFS完全公平调度5.1 CFS设计思路和原理CFS（Completely Fair Scheduler）是Linux内核默认的进程调度算法，它的设计目标是实现“完全公平”的调度。CFS达成该目标的方式是为每个进程分配一个虚拟运行时间，然后根据进程所请求的cpu的份额对其进行调度。如果某个进程正在占用的CPU时钟比其他进程少，则CFS会将其优先级提高以确保其能及时获得更多的CPU时间。相反，如果进程正在使用的CPU时钟超过其所请求的份额，则其优先级将降低，从而腾出CPU并让其他等待调度的进程有机会获得CPU执行权。
在CFS中，进程排成一个红黑树并且被称作“基于各自累计运行时间”排队。一个较短累积运行时间的进程在队列中的优先级高于一个累积运行时间较长的低优先级进程。计算红黑树中每个节点的长度需要经过复杂的树重新统计。
5.2 CFS特性和表现优劣CFS具有以下主要特征：

完全公平：CFS试图让所有进程都能够获得尽可能相等的CPU时间。
延迟敏感型：CFS通过控制时间分配来保证数据结构的实时性，从而延迟敏感的应用程序可以获得稳定的响应时间。
可扩展性好：CFS易于扩展到多核处理器和大规模系统中。
不会产生饥饿：CFS为每个进程预先计算了所需的时间片，以确保所有进程都获得合适的执行时间。

然而，CFS也有一些局限性。由于CFS采用基于红黑树的动态公平调度策略，因此每次遍历红黑树时都需要进行耗时的计算，这可能会降低系统性能和响应能力。另外，CFS不能完全消除CPU资源控制不当或CPU使用过高等问题。
5.3 CFS结合调试分析工具的使用技巧在实际使用CFS时，还需要结合相关调试分析工具来优化性能并解决问题。例如，通过top命令可以检查当前系统中的进程数量、CPU占用率以及内存使用情况，如下图所示：

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另一种有用的调试工具是schedstat，它会显示CFS调度器的统计值。通过这些显示项，可以了解每个进程在系统中消耗的时间和资源情况。最后需要注意的是，CFS虽然是Linux内核默认的进程调度算法之一，但只适用于 Linux 2.6 及更高版本，其他操作系统或版本可能不支持该算法。

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