多任务系统中, 内核负责管理各个任务, 或者说为每个任务分配CPU时间, 并且负责任务之间的通讯.
如果要使用 " 内存屏障 " , 如 : 禁止 内核 抢占 " 方法保护临界区 " :
实时分为硬实时和软实时,硬实时要求绝对保证响应时间不超过期限,如果超过期限,会造成灾难性的后果,例如汽车在发生碰撞事故时必须快速展开安全气囊;软实时只需尽力使响应时间不超过期限,如果偶尔超过期限,不会造成灾难性的后果.
实时系统要求对事件的响应时间不能超过规定的期限,响应时间是指从某个事件发生到负责处理这个事件的进程处理完成的时间间隔,最大响应时间应该是确定的、可以预测的。
所谓实时,就是一个特定任务的执行时间必须是确定的,可预测的,并且在任何情况下都能保证任务的时限(最大执行时间限制)。实时又分软实时和硬实时,所谓软实时,就是对任务执行时限的要求不那么严苛,即使在一些情况下不能满足时限要求,也不会对系统本身产生致命影响,例如,媒体播放系统就是软实时的,它需要系统能够在1秒钟播放24帧,但是即使在一些严重负载的情况下不能在1秒钟内处理24帧,也是可以接受的。所谓硬实时,就是对任务的执行时限的要求非常严格,无论在什么情况下,任务的执行实现必须得到绝对保证,否则将产生灾难性后果,例如,飞行器自动驾驶和导航系统就是硬实时的,它必须要求系统能在限定的时限内完成特定的任务,否则将导致重大事故,如碰撞或爆炸等。
| 导语本文主要是讲Linux的调度系统, 由于全部内容太多,分三部分来讲,本篇是中篇(主要讲抢占和时钟),上篇请看(CPU和中断):Linux调度系统全景指南(上篇),调度可以说是操作系统的灵魂,为了让CPU资源利用最大化,Linux设计了一套非常精细的调度系统,对大多数场景都进行了很多优化,系统扩展性强,我们可以根据业务模型和业务场景的特点,有针对性的去进行性能优化,在保证客户网络带宽前提下,隔离客户互相之间的干扰影响,提高CPU利用率,降低单位运算成本,提高市场竞争力。欢迎大家相互交流学习!
我们可以把内核想象成一个服务器,专门响应各种请求。这些请求可以是CPU上正在运行的进程发起的请求,也可以是外部的设备发起的中断请求。所以说,内核并不是串行运行,而是交错执行。既然是交错执行,就会产生竞态条件,我们可以采用同步技术消除这种竞态条件。
关于太古老的故事,我就长话短说,主要是留下个 UNIX进程调度器从何开始 的印象,这样方便我们理解为什么Linux的进程调度器会是现在的这个效果。
在内核中的许多地方, 如果要将CPU分配给与当前活动进程不同的另一个进程, 都会直接调用主调度器函数schedule, 从系统调用返回后, 内核也会检查当前进程是否设置了重调度标志TLF_NEDD_RESCHED
在上一篇文章中介绍了 Linux 内核是如何对进程进行管理的,这篇将阐述内核是如何对进程进行调度。因为这篇文章努力用简单的语言把进程调度这件事情描述清楚,所以文章篇幅略长,建议收藏慢看。也欢迎关注公众号 CS 实验室 ,目前在写一些开发中常用但不常了解细节的东西,比如 Linux 内核、Python 进阶。
原子操作 通常我们代码中的a = a + 1这样的一行语句,翻译成汇编后蕴含着3条指令: ldr x0, &a add x0,x0,#1 str x0,&a 即 (1)从内存中读取a变量到X0寄存器 (2)X0寄存器加1 (3)将X0写入到内存a中 既然是3条指令,那么就有可能并发,也就意味着返回的结果可能不是预期的。 然后在linux kernel的操作系统中,提供访问原子变量的函数,用来解决上述问题。其中部分原子操作的API如下: atomic_read atomic_add_return(i,v) a
进程调度决定了将哪个进程进行执行,以及执行的时间。操作系统进行合理的进程调度,使得资源得到最大化的利用。
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在多年前,linux还没有支持对称多处理器SMP的时候,避免并发数据访问相对简单。
调度器面对的情形就是这样, 其任务是在程序之间共享CPU时间, 创造并行执行的错觉, 该任务分为两个不同的部分, 其中一个涉及调度策略, 另外一个涉及上下文切换.
我们或许经常听说过内核抢占,可是我们是否真正理解它呢?内核抢占和抢占式内核究竟有什么关系呢?抢占计数器究竟干什么用?... 本文我们就来好好讨论下,关于内核抢占的一些技术细节,力求让大家理解内核抢占。
现在的计算机都是多核对称的cpu处理器,本文通过liunx内核2.6.0代码来分析在多核处理器下,如何使用自旋锁和抢占来进行高效的内核运转。 如果正在内核中运行着的任务此时可以抢占另外一个内核执行的任务,比如说有一个优先级很高的任务想去抢占内核中正在运行的任务,在linux2.6之前是没有实现的。 在2.6版本的内核中,加入了抢占相关的信息,在preempt.h头文件里,定义了一个preempt_count如果这个count大于零表示不可以被抢占,如果等于零,表示可以被抢占。
调度程序没有太复杂的原理。最大限度地利用处理器时间的原则是,只要有可以执行的进程,那么就总会有进程正在执行。但是只要系统中进程的数目比处理器的个数多,就注定会有一些进程不能一 直执行。这些进程在等待运行。在一 组处于可运行状态的进程中选择一个来执行,是调度程序所需完成的基本工作。
当在try_to_wake_up/wake_up_process和wake_up_new_task中唤醒进程时, 内核使用全局check_preempt_curr看看是否进程可以抢占当前进程可以抢占当前运行的进程. 请注意该过程不涉及核心调度器.
主流操作系统的线程模型有三种:内核线程模型、用户线程模型、混合线程模型,感兴趣的可以自己查阅相关资料 HotSpot虚拟机使用的是内核线程模型(Kernel-Level Thread, KLT):由操作系统内核(Kernel,下称内核)支持的线程,这种线程由内核来完成线程切换,一个线程对应一个内核线程,注意内核线程也是进程
cat 这个节点,会打印系统中所有的中断信息,如果是多核CPU,每个核都会打印出来。
在工业应用场景中,从信号输入到任务处理的时间确定性一般都需要满足一定的要求,且越来越多的设备需要更低的任务延时和更小的抖动要求。例如,在一个机械臂进行加工时,如果控制指令的更新时间大于2ms,机械臂可能就无法在准确位置停下,从而降低了产品的加工精度。
Linux 内核源码 linux-5.6.18\kernel\sched\sched.h 中 , 定义的 struct sched_class 调度类结构体 , 就是 " 调度器 " 对应的类 ;
内核是操作系统非常重要的组成部分,同时也是操作系统的核心。内核管理着系统资源,内核向上连接着应用程序,向下连接着硬件,它是应用程序和硬件的桥梁。
抢占式是指暂停或中断正在执行的计算任务,而不是与其合作。中断后再继续恢复该任务的执行,这种改变又称为上下文切换。其缺点在于操作系统可能会在一个不适当的时间进行上下文切换。
本文是《Linux内核设计与实现》第四章的阅读笔记,代码则是摘自最新的4.6版本linux源码(github),转载请注明出处。
以下内容摘自《程序员的自我修养》 什么是线程? 线程(Thread),有时被称为轻量级(Lightweight Process, LWP),是程序执行流程的最小单元。一个标准的线程由线程ID、当前指令
在前面的几篇文章中,我们重点分析了如果通过fork, vfork, pthread_create去创建一个进程或者线程,以及后面说了在内核层面do_fork的实现。目前为止我们已经了解到一个进程是如何创建的。
在 Go 的 1.14 版本之前抢占试调度都是基于协作的,需要自己主动的让出执行,但是这样是无法处理一些无法被抢占的边缘情况。例如:for 循环或者垃圾回收长时间占用线程,这些问题中的一部分直到 1.14 才被基于信号的抢占式调度解决。
https://devarea.com/understanding-linux-kernel-preemption/#.XrKLcfnx05k
Linux 内核的 " 进程调度 " 是按照 设计好的调度算法 安排的 , 该算法对应的功能模块 称为 " 调度器 " , 英文名称是 Scheduler ;
Ingo Molnar 的实时补丁是完全开源的,它采用的实时实现技术完全类似于Timesys Linux,而且中断线程化的代码是基于TimeSys Linux的中断线程化代码的。这些实时实现技术包括:中断线程化(包括IRQ和softirq)、用Mutex取代spinlock、优先级继承和死锁检测、等待队列优先级化等。
硬实时和软实时的区别就是一个命令从准备执行到实际执行的时间长度的区别。比如要点亮一个LED灯。运行到这个指令的时候有些其他的中断产生,到执行这个命令的时候就产生了一些延迟,有的程序延迟10ms,有的延迟1ms,有的10us。如果需求是最多2ms内必须执行,那10ms的是软实时,1ms和10us的是硬实时。如果需求是最多20us内必须执行,那10ms和1ms的是软实时,10us的是硬实时。所以软硬实时得看具体需求。
在支持可抢占的系统中,一个进程的therad_info信息定义如上。其中preempt_count代表的是该进程是否可以被抢占,根据注释的说明当peermpt_count等于0的时候当前进程就可以被抢占,当小于0存在bug,当不等于0也就是大于0说明当前进程不可以被抢占。不可抢占的原因很多,比如当前进程在中断上下文中或者使用了锁(spin_lock的过程中会disable掉抢占的)。至于当前是什么原因不能被抢占,就需要看peermpt_count每个字段的含义。
本专栏,用于记录我对Linux内核源码的学习,就像STL源码的那个专栏一样,我知道阅读源码对我的意义。 愿者上钩咯,共同进步。
前言 之前内核必须懂(四): 撰写内核驱动说到了基础的驱动模块写法. 这次目标就是计算进入驱动ioctl或者其他某个驱动函数的次数. 当然, 你可能会觉得, 这弄个全局变量计数不就完了吗? 但是这里
Windows开发环境:Windows 7 64bit、Windows 10 64bit
关于调度时机,网上的文章也五花八门,之前在内核抢占文章已经做了详细讲解,而在本文我们从源码注释中给出依据(再次强调一下:本文的调度时机关注的是何时调用主调度器,不是设置重新调度标志的时机,之前讲解中我们知道他们都可以称为调度时机)。
Linux 内核运行在单独的内核地址空间,是一种单内核的理念 (有时称之为宏内核 Macrokernel 或 Monolithickernel ),所有事情都运行在内核态,直接调用函数,无需消息传递,避免了IPC机制带来的额外开销,还避免了内核空间到用户空间的上下文切换,因而性能优异,同时在设计上又汲取了微内核(Microkernelkernel) 的精华:模块化设计、抢占式内核、支持内核线程以及动态装载内核模块的能力,从而在灵活性上又得以拓展
前言 在高性能网络模型下,使用polling模式,依然遇到了长尾20ms+的情况,远高于平均的1ms左右。怀疑是调度的延迟导致的。那么如何量化是不是内核的调度导致的呢?以及如何发现是什么原因导致的呢? 分析 调度延迟 在前文《[Linux][kernel]sched delay和steal time的原理分析以及atop的监控改进》中分析过Linux中如何计算一个task的run delay:即一个task希望运行,但是得不到运行的时间统计,即run delay,也就是调度延迟。 那么问题来了,如果通过atop监控到某一个进程的run delay是2%,能说明那20ms的长尾延迟是因为调度延迟导致的吗?答案是不能。我们看下面的两种情况: 1,例如说,Run 19ms, Delay 1ms,Run 19ms, Delay 1ms,Run 19ms, Delay 1ms。在这个模型下,统计出来的run delay是2%。 2,另外一种模型下,例如 Run 980ms, Delay 20ms, Run 980ms, Delay 20ms,这个模型下,就会遇到20ms+的长尾延迟。 所以atop可以统计出来宏观的run delay延迟占比,但是不能统计出来具体的调度延迟极端情况。 runqslower工具 在bcc中提供了runqslower工具,可以通过参数控制,打印出来哪些进程的调度延迟超过了特定的阈值,例如希望知道哪些进程的run delay超过10ms,可以使用这样的命令:
大家好,我是cloud3,本文讲一下操作系统中的调度算法以及多处理中的调度问题。
我们在使用电脑的时候,比如打开一个视频剪辑器,一个文本编辑器,可以认为它们都是一个进程。假如CPU是单核的,那么在同一时间只能运行一个进程,但是给我们的感觉是视频剪辑器和文本编辑器好像是同时运行的,也就是视频剪辑器在剪辑视频的时候,我们同时可以使用文本编辑器,这是怎么实现的呢?
本文为Linux-RT内核应用开发教程的第三章节——rt_input案例,欢迎各位阅读!本期用到的案例板子是创龙科技旗下的A40i工业级别开发板,是基于全志科技A40i处理器设计,4核ARM Cortex-A7的高性能低功耗国产开发板,每核主频高达1.2GHz。
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方式一:A 项目做着做着,发现里面有一条指令 sleep,也就是要休息一下,或者在等待某个 I/O 事件。那没办法了,就要主动让出 CPU,然后可以开始做 B 项目。
区别:ucos有执行效率高、占用空间小、实时性和可扩展性强等特点,linux有稳定性、强大网络功能和出色的文件系统等优点。
实时操作系统,当外界事件和数据产生时,系统能以足够快的速度予以处理,其处理结果能在规定的时间内控制生产结果或对系统做出响应,并控制所有实时任务协调一致运行的操作系统。
Go 在 2019 年发布了Go 1.12与Go 1.13。Go 1.13 的大部分变化在于工具链、运行时和库的实现。时隔半年,Go 1.14 正式发布。
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