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Linux操作系統(tǒng)以其開源性、穩(wěn)定性和高效性，成為眾多服務(wù)器、桌面以及嵌入式系統(tǒng)的首選
而在Linux內(nèi)核中，主動(dòng)調(diào)度機(jī)制是進(jìn)程調(diào)度的一個(gè)重要組成部分，它極大地提升了系統(tǒng)的響應(yīng)速度和資源利用率
本文將深入探討Linux的主動(dòng)調(diào)度機(jī)制，揭示其內(nèi)在的工作原理和優(yōu)勢
一、進(jìn)程調(diào)度的基本概念 在Linux系統(tǒng)中，調(diào)度器負(fù)責(zé)管理和分配CPU時(shí)間給不同的進(jìn)程或線程
調(diào)度器根據(jù)選定的調(diào)度策略，決定哪個(gè)進(jìn)程或線程接下來可以獲得CPU時(shí)間
調(diào)度策略的選擇對于系統(tǒng)的性能和效率至關(guān)重要
進(jìn)程調(diào)度主要分為兩種類型：搶占式調(diào)度和主動(dòng)調(diào)度
搶占式調(diào)度是在系統(tǒng)調(diào)用返回、中斷返回等時(shí)機(jī)，由系統(tǒng)強(qiáng)制觸發(fā)進(jìn)程切換，而主動(dòng)調(diào)度則是進(jìn)程在驅(qū)動(dòng)程序中主動(dòng)調(diào)用調(diào)度函數(shù)來發(fā)生進(jìn)程切換
二、主動(dòng)調(diào)度的發(fā)生場景 主動(dòng)調(diào)度通常發(fā)生在應(yīng)用程序讀取某個(gè)設(shè)備時(shí)，設(shè)備數(shù)據(jù)尚未準(zhǔn)備好，進(jìn)程因此進(jìn)入睡眠狀態(tài)，此時(shí)驅(qū)動(dòng)程序會(huì)主動(dòng)調(diào)用調(diào)度函數(shù)，切換到其他進(jìn)程運(yùn)行
例如，當(dāng)應(yīng)用程序嘗試從網(wǎng)卡讀取數(shù)據(jù)時(shí)，如果網(wǎng)卡中沒有數(shù)據(jù)，驅(qū)動(dòng)程序會(huì)讓進(jìn)程進(jìn)入睡眠狀態(tài)，并主動(dòng)調(diào)用調(diào)度函數(shù)
同樣，當(dāng)應(yīng)用程序嘗試讀取按鍵輸入時(shí)，如果按鍵尚未被按下，驅(qū)動(dòng)程序也會(huì)采取同樣的操作
這種主動(dòng)調(diào)度機(jī)制確保了CPU資源不會(huì)被阻塞的進(jìn)程長時(shí)間占用，從而提高了系統(tǒng)的整體響應(yīng)速度
三、主動(dòng)調(diào)度的實(shí)現(xiàn)原理 主動(dòng)調(diào)度的核心在于`schedule`函數(shù)的調(diào)用
在Linux內(nèi)核中，`schedule`函數(shù)負(fù)責(zé)執(zhí)行進(jìn)程切換，它從當(dāng)前CPU的運(yùn)行隊(duì)列中選擇下一個(gè)要運(yùn)行的進(jìn)程，并通過`context_switch`函數(shù)實(shí)現(xiàn)進(jìn)程切換
具體來說，`schedule`函數(shù)首先調(diào)用`__schedule`函數(shù)，該函數(shù)執(zhí)行以下主要任務(wù)： 1.獲取運(yùn)行隊(duì)列：每個(gè)CPU都有對應(yīng)的運(yùn)行隊(duì)列，`__schedule`函數(shù)首先獲取當(dāng)前CPU的運(yùn)行隊(duì)列
2.選擇下一個(gè)進(jìn)程：通過pick_next_task函數(shù)，從運(yùn)行隊(duì)列中選擇下一個(gè)要運(yùn)行的進(jìn)程
`pick_next_task`函數(shù)會(huì)遍歷所有的調(diào)度類，從對應(yīng)的運(yùn)行隊(duì)列中找到下一個(gè)運(yùn)行的任務(wù)
3.進(jìn)程切換：通過context_switch函數(shù)實(shí)現(xiàn)進(jìn)程切換
`context_switch`函數(shù)負(fù)責(zé)切換內(nèi)存空間、進(jìn)程上下文以及內(nèi)核棧，確保新的進(jìn)程能夠順利運(yùn)行
四、主動(dòng)調(diào)度的優(yōu)勢 主動(dòng)調(diào)度機(jī)制在Linux系統(tǒng)中具有顯著的優(yōu)勢，主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面： 1.提高系統(tǒng)響應(yīng)速度：主動(dòng)調(diào)度機(jī)制使得CPU資源不會(huì)被長時(shí)間阻塞的進(jìn)程占用，從而提高了系統(tǒng)的整體響應(yīng)速度
當(dāng)某個(gè)進(jìn)程因等待資源而進(jìn)入睡眠狀態(tài)時(shí)，主動(dòng)調(diào)度能夠迅速切換到其他可運(yùn)行的進(jìn)程，確保系統(tǒng)資源的有效利用
2.優(yōu)化資源利用率：主動(dòng)調(diào)度機(jī)制能夠根據(jù)進(jìn)程的I/O需求和CPU利用率，靈活地調(diào)整進(jìn)程的執(zhí)行順序
對于I/O消耗型進(jìn)程，主動(dòng)調(diào)度能夠減少其等待時(shí)間，提高I/O響應(yīng)速度；對于CPU消耗型進(jìn)程，主動(dòng)調(diào)度能夠確保其獲得足夠的CPU時(shí)間，從而提高系統(tǒng)的吞吐量
3.支持多種調(diào)度策略：Linux內(nèi)核支持多種調(diào)度策略，如完全公平調(diào)度（CFS）、實(shí)時(shí)調(diào)度（RT）和DEADLINE調(diào)度等
主動(dòng)調(diào)
