初识Linux · O(1)调度算法

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前言：

O(1)调度算法

前言：

在初识进程的那一块，我们已经知道了进程并不是一直占用cpu资源的，而是存在时间片的概念，即，每个进程都有一定的时间来执行该进程，时间一到，该进程就应该自动到后面进行排队，同时，进程的数据也应该被不同的寄存器记录下来，方便下一次执行该进程的时候，可以接着上次结果运行。

那么问题就来了，进程被调度的时候，是如何调度的，如果调度的过程中，有别的进程来排队，那么会不会导致随着进程数量的增多，导致进程排队的时间越来越多，最后甚至运行不了？

并且，优先级一共就那么几个优先级，实际运行的时候，进程可不止有那么多个，所以优先级并不能真正代替进程是否先运行，并且nice值也是影响进程的运行，这一切，构成了一个新的专题，即Linux中的O(1)调度算法。

O(1)调度算法

正式开始之前，我们不妨整理一下，有多少个问题：

1. 随着进程的增多，进程排队的时间是否会越来越多，甚至导致运行不了？

2. 优先级一定是越小就一定会先运行吗？

3. nice值影响优先级的区间为什么只有40个值

这么多问题的切入点只有一个，即Linux源码中的一个结构：runqueue

这是解决问题的关键。

我们的重点不在于负载因子上，我们今天着重介绍arrary[0]，array[1]即可。

我们输入指令top可以看到对应的优先级：

顺便复习一下，进程的状态我们可以使用ps来查看：

while :; do ps -xaj | head -1 && ps -xaj | grep main | grep -v grep; sleep 1;done

优先级

我们通过指令ps -al可以看到，这里的优先级默认的都是80，修改的范围都是在[-20,19]里面，为什么只有40个数字呢？我们后面再谈。

根据上图，array[0]中有一个140个空间的queue，还有一个bitmap[5]，因为这两个变量的存在，所以Linux的调度是分时操作的，保证了一定的公平性，还有一种操作是实时操作，实时操作的例子比如出租车，有人就立马就跑，不存在说排队之类的。

这个queue中都是PCB，也就是进程的控制块，OS在里面查找进程的时候，是不是需要一个一个的遍历？OS也不是神人，不可能就是说一下找到。那么这样的话，势必会导致效率的降低。

所以存在另一种变量，即bitmap，相信c++学习阶段有了解的人肯定知道这个数组就是位图。

这里简单描述一下位图，即将字节层面的操作转到了bit层面，如果OS需要确定队列中是否有进程，它不需要一个一个的去遍历较大的数组，只需要遍历bitmap即可，因为每个位对应的就是每个数组中的空间.

因为默认优先级是80，修改之后的范围是60到99，在runqueue中的队列，有140个空间，前0 - 99个空间我们不考虑，我们考虑后面100 - 139，这里面其实和地址空间一样，存在某种映射关系：

存在的映射关系大概就是这样，100 -  139分别对应的就是60 - 99，这恰好就是我们能够修改的范围。

此时对于OS来说，插入进程和干掉进程只需要遍历bitmap，5个空间，几乎就是不需要时间了，代表的是32 * 5，160个空间，甚至还多出来了些。

那么为什么：

存在两个相同的队列呢？

一个是活跃进程，一个是过期进程，过期进程是好理解的，即时间片到了的进程，就会被安排在过期进程，活跃进程也就是时间片还没到，或是第一次都没有运行的进程。

同时，还存在两个指针，active和expired指针，active指针永远指向活跃进程，expired永远指向过期进程，对于不同的队列，活跃进程可以只出不进，过期进程只进不出，当某个队列中一个进程都没有了，比如active中没有进程了，那么active和expired交换队列，此时acitve指向的即活跃，即原来过期的进程变成了活跃进程，活跃的进程变成了过期的进程，这个过程，就被成为O(1)调度算法。

那么回归问题，优先级一样的问题？如果优先级是一样的，OS也是会根据不同的点在判断，但是优先级一样的，都会进到queue中的某个空间的后面，即用task_queue进行链接。所以优先级一样，如何调度也是OS的事，但是我们能确定的事，都会连接到task_queue的指针后面，以链表的形式存在。

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