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為了更好地利用多核處理器的優(yōu)勢(shì)，Linux操作系統(tǒng)引入了對(duì)稱多處理（Symmetric Multi-Processing，簡稱SMP）算法
這一算法不僅提升了系統(tǒng)的性能和效率，還確保了系統(tǒng)的穩(wěn)定性和響應(yīng)速度
本文將深入探討Linux SMP算法的工作原理、關(guān)鍵組成部分及其在多處理器系統(tǒng)中的優(yōu)勢(shì)與挑戰(zhàn)
SMP算法的背景與原理 SMP是一種允許多個(gè)處理器核心同時(shí)工作以提高系統(tǒng)性能的操作系統(tǒng)技術(shù)
在SMP架構(gòu)中，所有的處理器都可以平等地訪問內(nèi)存和I/O資源，從而極大地提高了整個(gè)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理能力
Linux操作系統(tǒng)中的SMP調(diào)度算法負(fù)責(zé)將這些任務(wù)合理地分配到各個(gè)處理器核心上，以確保系統(tǒng)的整體性能最優(yōu)
Linux內(nèi)核中的SMP調(diào)度算法依賴于一個(gè)名為“while 1”的循環(huán)
這個(gè)循環(huán)不斷地檢查系統(tǒng)中各個(gè)處理器的負(fù)載情況，并根據(jù)實(shí)時(shí)情況動(dòng)態(tài)調(diào)整任務(wù)的分配
這種動(dòng)態(tài)調(diào)整機(jī)制使得系統(tǒng)能夠在高負(fù)載時(shí)有效地平衡各個(gè)處理器的負(fù)擔(dān)，從而避免某些處理器過載而其他處理器閑置的情況
SMP算法的關(guān)鍵組成部分 1.run_queue（可執(zhí)行隊(duì)列）： 在Linux SMP環(huán)境下，每個(gè)CPU對(duì)應(yīng)一個(gè)run_queue
當(dāng)一個(gè)進(jìn)程處于可執(zhí)行狀態(tài)時(shí)，它會(huì)被加入到其中一個(gè)run_queue中，以便調(diào)度程序安排它在這個(gè)run_queue對(duì)應(yīng)的CPU上運(yùn)行
這種設(shè)計(jì)的好處在于，一個(gè)持續(xù)處于可執(zhí)行狀態(tài)的進(jìn)程總是趨于在同一個(gè)CPU上運(yùn)行，這有利于進(jìn)程的數(shù)據(jù)被CPU緩存，提高運(yùn)行效率
同時(shí)，各個(gè)CPU上的調(diào)度程序只訪問自己的run_queue，避免了競爭
2.load_balance（負(fù)載均衡）： 盡管每個(gè)CPU有自己的run_queue，但這樣的設(shè)計(jì)也可能導(dǎo)致各個(gè)run_queue中的進(jìn)程不均衡，造成一些CPU閑置而另一些CPU過載的情況
為了解決這個(gè)問題，Linux SMP算法引入了負(fù)載均衡機(jī)制
負(fù)載均衡通過在一定時(shí)機(jī)將進(jìn)程從一個(gè)run_queue遷移到另一個(gè)run_queue，來保持CPU之間的負(fù)載均衡
負(fù)載均衡的具體實(shí)現(xiàn)涉及多個(gè)步驟
首先，系統(tǒng)通過find_busiest_queue函數(shù)選出最忙的運(yùn)行隊(duì)列，即具有最多進(jìn)程數(shù)的隊(duì)列
然后，從這個(gè)最忙的運(yùn)行隊(duì)列中選出將要進(jìn)行負(fù)載平衡的優(yōu)先級(jí)數(shù)組
選取優(yōu)先級(jí)數(shù)組的原則是首先考慮過期數(shù)組（expired array），因?yàn)檫@個(gè)數(shù)組中的進(jìn)程相對(duì)來說已經(jīng)很長時(shí)間沒有運(yùn)行了，所以它們極有可能不在處理器緩存中
如果過期數(shù)組為空，則選擇活躍數(shù)組（active array）
接下來，系統(tǒng)找出具有最高優(yōu)先級(jí)（最小的數(shù)字）的鏈表，并嘗試將符合遷移條件的進(jìn)程從最忙的運(yùn)行隊(duì)列遷移到當(dāng)前正在運(yùn)行的隊(duì)列
這個(gè)過程會(huì)一直重復(fù)，直到系統(tǒng)再次達(dá)到平衡狀態(tài)
3.實(shí)時(shí)進(jìn)程的調(diào)度： 在Linux SMP環(huán)境中，實(shí)時(shí)進(jìn)程的調(diào)度是嚴(yán)格按照優(yōu)先級(jí)進(jìn)行的
假設(shè)有N個(gè)CPU，那么N個(gè)CPU上分別運(yùn)行著的也必須是優(yōu)先級(jí)最高的top-N個(gè)進(jìn)程
如果實(shí)時(shí)進(jìn)程不足N個(gè)，那么剩下的CPU才分給普通進(jìn)程去使用
對(duì)于實(shí)時(shí)進(jìn)程來說，這種調(diào)度策略確保了系統(tǒng)的響應(yīng)速度和性能
實(shí)時(shí)進(jìn)程的負(fù)載均衡相對(duì)復(fù)雜
每次需要選擇一個(gè)實(shí)時(shí)進(jìn)程時(shí)，系統(tǒng)都需要遍歷所有的run_queue，在尚未能得到運(yùn)行的實(shí)時(shí)進(jìn)程中找到優(yōu)先級(jí)最高的那一個(gè)
雖然這種策略確保了嚴(yán)格的優(yōu)先級(jí)關(guān)系，但也可能導(dǎo)致頻繁的進(jìn)程遷移和CPU競爭
4.smp_affinity（CPU親和性）： smp_affinity是Linux內(nèi)核提供的一個(gè)功能，它允許用戶將特定的CPU核心綁定到特定的硬件設(shè)備或中斷處理程序上
通過這種方式，可以避免中斷處理程序在不同的CPU核心之間頻繁切換，提高系統(tǒng)的響應(yīng)速度和性能
SMP算法的優(yōu)勢(shì)與挑戰(zhàn) 優(yōu)勢(shì)： 1.高效利用多核處理器：Linux SMP算法能夠充分利用多核處理器的優(yōu)勢(shì)，提高系統(tǒng)的性能和效率
2.負(fù)載均衡：通過負(fù)載均衡機(jī)制，系統(tǒng)能夠在各個(gè)處理器之間合理分配任務(wù)，避免過載和閑置的情況
3.實(shí)時(shí)性能：對(duì)于實(shí)時(shí)進(jìn)程，Linux SMP算法能夠確保嚴(yán)格的優(yōu)先級(jí)關(guān)系，提高系統(tǒng)的響應(yīng)速度
挑戰(zhàn)： 1.擴(kuò)展能力有限：SMP
