linux实时系统rt的进程切换开销会小吗

进程调度策略就是调度系统种哪一个进程来CPU运行。这种调度分2层考虑。 第一层，进程状态这个是最优先考虑的，也就是说优先级最高的。在linux中只有就绪态的进程才有可能会被调度选中然后占有CPU，其它状态的进程不可能占有的到CPU。下面是linux中进程的状态 TASK_RUNNING:就绪状态，得到CPU就可以运行。TASK_INTERRUPTIBLE:浅度睡眠，资源到位或者受到信号就会变成就绪态。TASK_UNINTERRUPTIBLE:深度睡眠，资源到位就会进入就绪态，不响应信号。TASK_ZOMBIE：僵死态，进程exit后。TASK_STOPPED：暂停态，收到SIG_CONT信号进入就绪态。 第二层，其实真正在 *** 作系统中的实现，就是所有就绪态进程链接成一个队列，进程调度时候只会考虑这个队列中的进程，对其它的进程不考虑，这就实现了第一层中的要求。接下来就是就绪队列内部各个进程的竞争了。 Linux采用3种不同的调度政策，SCHED_FIFO（下面简写成FIFO，先来先服务），SCHED_RR（简写成RR，时间片轮流），SCHED_OTHER（下面简写成OTHER）。这里大家就能看出一个问题，采用同等调度政策的进程之间自然有可比性，Linux3种调度政策并存，那么不同调度政策间的进程如何比较呢？可以说他们之间根本就没有可比性。其实在调度时候，调度只看一个指标，那就是各个进程所具有的权值，权值最大的且在可执行队列中排在最前面的就会被调度执行。而权值的计算才会设计到各方面因素，其中调度政策可以说在计算权值中，份量是最重的。 为什么Linux要这么干呢？这是由于事务的多样性决定的，进程有实时性进程和非实时性的进程2种，FIFO和RR是用来支持实时性进程的调度，我们看一下这3种政策下权值的计算公式就明白了： FIFO和RR计算公式，权值=1000+进程真正的运行时间 OTHER计算公式，当时间片为0时，权值=0.当时间片不为0时候，权值=剩余时间片+20-nice,同时如果是内核线程有+1的小加分，这是因为内核线程无需用户空间的切换，所以给它加了一分，奖励他在进程切换时候开销小的功劳。时间片好理解，那么nice这个值，用过linux系统的人都知道，这是一个从unix下继承过来的概念，表示谦让度，是一个从20～-19的数，可以通过nice和renice指令来设置。从代码中也能看到值越小就越不会谦让他人。 从这里我们看出FIFO和RR至少有1000的基数，所以在有FIFO和RR调度政策进程存在时，OTHER进程是没有机会被调度的到的。从权值计算公式同时也能看出，FIFO先来先服务的调度政策满足了，但RR这个时间片轮流的调度如果按照这种权值计算是不能满足时间片轮流这一概念的。这里只是权值的计算，在调度时候对RR政策的进程特殊处理。 以上都是权值计算，下面看看真正的调度过程，首先是对RR政策进程的特殊处理，如果当前进程采用的RR政策，那么看他的时间片是否用完，用完了就踢到就绪队列尾部，同时恢复他的时间片。然后是便利整个就绪队列，找到第一个权值最大的进程来运行。 整体调度效果就是：如果有FIFO和RR政策的进程，就优先调度他们2个，他们之间看已执行时间长短决定胜负，而2种政策内部则遵守各自调度政策。而OTHER只有在前面2种不存在于就绪队列时候才有可能执行，他们实际也是轮流执行，但他们之间是靠剩余时间和NICE值来决定胜负。同时就绪队列中排在最前面的最优先考虑在同样权值情况下。

我们知道，进程运行需要各种各样的系统资源，如内存、文件、打印机和最

宝贵的 CPU 等，所以说，调度的实质就是资源的分配。系统通过不同的调度算法（Scheduling Algorithm）来实现这种资源的分配。通常来说，选择什么样的调度算法取决于资源分配的策略（Scheduling Policy）。

有关调度相关的结构保存在 task_struct 中，如下：

active_mm 是为内核线程而引入的，因为内核线程没有自己的地址空间，为了让内核线程与普通进程具有统一的上下文切换方式，当内核线程进行上下文切换时，让切换进来的线程的 active_mm 指向刚被调度出去的进程的 active_mm（如果进程的mm 域不为空，则其 active_mm 域与 mm 域相同）。

在 linux 2.6 中 sched_class 表示该进程所属的调度器类有3种：

进程的调度策略有5种，用户可以调用调度器里不同的调度策略：

在每个 CPU 中都有一个自身的运行队列 rq，每个活动进程只出现在一个运行队列中，在多个 CPU 上同时运行一个进程是不可能的。

运行队列是使用如下结构实现的：

tast 作为调度实体加入到 CPU 中的调度队列中。

系统中所有的运行队列都在 runqueues 数组中，该数组的每个元素分别对应于系统中的一个 CPU。在单处理器系统中，由于只需要一个就绪队列，因此数组只有一个元素。

内核也定义了一下便利的宏，其含义很明显。

Linux、c/c++服务器开发篇-------我们来聊聊进程的那些事

Linux内核 进程间通信组件的实现

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在分析调度流程之前，我们先来看在什么情况下要执行调度程序，我们把这种情况叫做调度时机。

Linux 调度时机主要有。

时机1，进程要调用 sleep() 或 exit() 等函数进行状态转换，这些函数会主动调用调度程序进行进程调度。

时机2，由于进程的时间片是由时钟中断来更新的，因此，这种情况和时机4 是一样的。

时机3，当设备驱动程序执行长而重复的任务时，直接调用调度程序。在每次反复循环中，驱动程序都检查 need_resched 的值，如果必要，则调用调度程序 schedule() 主动放弃 CPU。

时机4 ， 如前所述， 不管是从中断、异常还是系统调用返回， 最终都调用 ret_from_sys_call()，由这个函数进行调度标志的检测，如果必要，则调用调用调度程序。那么，为什么从系统调用返回时要调用调度程序呢？这当然是从效率考虑。从系统调用返回意味着要离开内核态而返回到用户态，而状态的转换要花费一定的时间，因此，在返回到用户态前，系统把在内核态该处理的事全部做完。

Linux 的调度程序是一个叫 Schedule() 的函数，这个函数来决定是否要进行进程的切换，如果要切换的话，切换到哪个进程等。

从代码分析来看，Schedule 主要完成了2个功能：

进程上下文切换包括进程的地址空间的切换和执行环境的切换。

对于 switch_mm 处理，关键的一步就是它将新进程页面目录的起始物理地址装入到寄存器 CR3 中。CR3 寄存器总是指向当前进程的页面目录。

switch_to 把寄存器中的值比如esp等存放到进程thread结构中，保存现场一边后续恢复，同时调用 __switch_to 完成了堆栈的切换。

在进程的 task_struct 结构中有个重要的成分 thread，它本身是一个数据结构 thread_struct, 里面记录着进程在切换时的（系统空间）堆栈指针，取指令地址（也就是“返回地址”）等关键性的信息。

关于__switch_to 的工作就是处理 TSS （任务状态段）。

TSS 全称task state segment，是指在 *** 作系统进程管理的过程中，任务（进程）切换时的任务现场信息。

linux 为每一个 CPU 提供一个 TSS 段，并且在 TR 寄存器中保存该段。

linux 中之所以为每一个 CPU 提供一个 TSS 段，而不是为每个进程提供一个TSS 段，主要原因是 TR 寄存器永远指向它，在任务切换的适合不必切换 TR 寄存器，从而减小开销。

在从用户态切换到内核态时，可以通过获取 TSS 段中的 esp0 来获取当前进程的内核栈 栈顶指针，从而可以保存用户态的 cs,esp,eip 等上下文。

TSS 在任务切换过程中起着重要作用，通过它实现任务的挂起和恢复。所谓任务切换是指，挂起当前正在执行的任务，恢复或启动另一任务的执行。

在任务切换过程中，首先，处理器中各寄存器的当前值被自动保存到 TR（任务寄存器）所指定的任务的 TSS 中；然后，下一任务的 TSS 被装入 TR；最后，从 TR 所指定的 TSS 中取出各寄存器的值送到处理器的各寄存器中。由此可见，通过在 TSS 中保存任务现场各寄存器状态的完整映象，实现任务的切换。

因此，__switch_to 核心内容就是将 TSS 中的内核空间（0级）堆栈指针换成 next->esp0。这是因为 CPU 在穿越中断门或者陷阱门时要根据新的运行级别从TSS中取得进程在系统空间的堆栈指针。

thread_struct.esp0 指向进程的系统空间堆栈的顶端。当一个进程被调度运行时，内核会将这个变量写入 TSS 的 esp0 字段，表示这个进程进入0级运行时其堆栈的位置。换句话说，进程的 thread_struct 结构中的 esp0 保存着其系统空间堆栈指针。当进程穿过中断门、陷阱门或者调用门进入系统空间时，处理器会从这里恢复期系统空间栈。

由于栈中变量的访问依赖的是段、页、和 esp、ebp 等这些寄存器，所以当段、页、寄存器切换完以后，栈中的变量就可以被访问了。

因此 switch_to 完成了进程堆栈的切换，由于被切进的进程各个寄存器的信息已完成切换，因此 next 进程得以执行指令运行。

由于 A 进程在调用 switch_to 完成了与 B 进程堆栈的切换，也即是寄存器中的值都是 B 的，所以 A 进程在 switch_to 执行完后，A停止运行，B开始运行，当过一段时间又把 A 进程切进去后，A 开始从switch_to 后面的代码开始执行。

schedule 的调用流程如下：

随着计算机领域多核技术的发展，如何充分有效的利用多核的并行处理能力，是每个服务器端应用程序都必须考虑的问题。由于数据库服务器的服务进程或线程间存在着大量数据共享和同步，而多线程可以充分利用多CPU来并行执行多个强相关任务，例如执行引擎可以充分的利用线程的并发执行以提供性能。在多线程的架构下，数据共享的效率更高，能提高服务器访问的效率和性能，同时维护开销和复杂度更低，这对于提高数据库系统的并行处理能力非常重要。

多线程的三大主要优势：

优势一：线程启动开销远小于进程启动开销。与进程相比，它是一种非常“节俭”的多任务 *** 作方式。在Linux系统下，启动一个新的进程必须分配给它独立的地址空间，建立众多的数据表来维护它的代码段、堆栈段和数据段，这是一种“昂贵”的多任务工作方式。而运行于一个进程中的多个线程，它们彼此之间使用相同的地址空间，共享大部分数据，启动一个线程所花费的空间远远小于启动一个进程所花费的空间。

优势二：线程间方便的通信机制：对不同进程来说，它们具有独立的数据空间，要进行数据的传递只能通过通信的方式进行，这种方式不仅费时，而且很不方便。线程则不然，由于同一进程下的线程之间共享数据空间，所以一个线程的数据可以直接为其他线程所用，这不仅快捷，而且方便。

优势三：线程切换开销小于进程切换开销，对于Linux系统来讲，进程切换分两步：1.切换页目录以使用新的地址空间；2.切换内核栈和硬件上下文。对线程切换，第1步是不需要做的，第2步是进程和线程都要做的，所以明显线程切换开销小。

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