一、調(diào)度策略

調(diào)度進(jìn)程

單個(gè) CPU一次只能執(zhí)行一個(gè)進(jìn)程，雖然 Linux 系統(tǒng)通過使用多任務(wù)同時(shí)處理多個(gè)進(jìn)程，但當(dāng)多個(gè)進(jìn)程同時(shí)運(yùn)行在一個(gè)CPU 上時(shí)，它通過交錯(cuò)執(zhí)行這些進(jìn)程。

內(nèi)核使用進(jìn)程調(diào)度器來決定在某一時(shí)間點(diǎn)上哪個(gè)進(jìn)程在運(yùn)行。調(diào)度器必須平衡幾個(gè)選項(xiàng)：

快速?zèng)Q定下一個(gè)該運(yùn)行的進(jìn)程

進(jìn)程可以公平的活動(dòng) CPU 時(shí)間，但高優(yōu)先級(jí)的進(jìn)程會(huì)活動(dòng)更多的運(yùn)行時(shí)間并且可以搶占低優(yōu)先級(jí)的進(jìn)程。

響應(yīng)有力的交互式應(yīng)用程序

在各種工作負(fù)載下可預(yù)測(cè)和可擴(kuò)展

進(jìn)程優(yōu)先級(jí)

在 Linux 中，調(diào)度器根據(jù)分配給每個(gè)線程或進(jìn)程的調(diào)度策略和優(yōu)先級(jí)來控制執(zhí)行順序。

這些調(diào)度策略分為:實(shí)時(shí)策略和非實(shí)時(shí)策略。

調(diào)度策略

RHEL提供六種調(diào)度策略，分為實(shí)時(shí)調(diào)度策略和非實(shí)時(shí)調(diào)度策略。

1、實(shí)時(shí)
SCHED FIFO：不帶時(shí)間分片的先進(jìn)先出策略。擁有該策略的進(jìn)程會(huì)一直運(yùn)行，直到被I/O 阻塞或是更改優(yōu)先級(jí)的進(jìn)程搶占。
SCHED RR：該策略使用時(shí)間片循環(huán)調(diào)度算法，具體同樣優(yōu)先級(jí)的任務(wù)輪詢執(zhí)行，直到耗盡預(yù)定的時(shí)間片。

2、非實(shí)時(shí)
SCHED_NORMAL(OTHER)：linux 系統(tǒng)中大多數(shù)進(jìn)程使用的默認(rèn)策略。
SCHED BATCH：適合批量處理的進(jìn)程。
SCHED IDLE：該策略有利于運(yùn)行低優(yōu)先級(jí)應(yīng)用程序,

CFS 調(diào)度
從 2.6.23 版本的內(nèi)核開始，CFS 就成為默認(rèn)的調(diào)度程序。CFS 使用紅黑樹來管理可運(yùn)行的進(jìn)程。它是基于虛擬時(shí)間(virtualtime)。
擁有虛擬時(shí)間最長(zhǎng)，等待時(shí)間最長(zhǎng)的進(jìn)程將獲得使用 CPU。該進(jìn)程在執(zhí)行期間，虛擬時(shí)間將開始減少。

DEADLINE 調(diào)度
在 RHEL8 中，引入了一個(gè)新的調(diào)度策略 SCHED DEADLINE。該調(diào)度主要應(yīng)用在實(shí)時(shí)系統(tǒng)中，保證實(shí)時(shí)任務(wù)的有效調(diào)度。

Deadline 調(diào)度使用三個(gè)參數(shù):周期、期限和運(yùn)行時(shí)間(最壞情況的運(yùn)行時(shí)間)

周期：如果一個(gè)視頻處理任務(wù)必須每秒處理60幀，新的幀每隔 16ms(毫秒)會(huì)到來，則周期為 16ms。

期限：指任務(wù)需要交付結(jié)果的最長(zhǎng)時(shí)間，必須在這個(gè)期限結(jié)束前完成任務(wù)。

運(yùn)行時(shí)間：表示處理一個(gè)任務(wù)的最長(zhǎng)時(shí)間。

注意:單位都為 ns。
上面的例子表示:該任務(wù)將在每 16.6ms內(nèi)確保得到 5ms的CPU 時(shí)間來運(yùn)行，并且5ms 的 CPU 運(yùn)行時(shí)間都可以在 10ms 期限內(nèi)保證可用。

使用命令行方式更改調(diào)度選項(xiàng)

管理員可以使用 chrt 命令查看某個(gè)進(jìn)程(-p)的策略和優(yōu)先級(jí)。同時(shí)當(dāng)使用 chrt 開啟一個(gè)新程序時(shí)，需要制定策略和優(yōu)先級(jí)，如果未指定策略，默認(rèn)是 SCHED RR.

策略選項(xiàng):

-b 指定為 SCHED BATCH
-f 指定為 SCHED FIFO
-i 指定為 SCHED IDLE
-o 指定為 SCHED NORMAL(OTHER)
-r 指定為 SCHED RR
-d 指定為 SCHED DEADLINE

例如為某個(gè)新進(jìn)程指定策略和優(yōu)先級(jí):

使用 systemd 的方式更改調(diào)度選項(xiàng)

在服務(wù)啟動(dòng)時(shí)指定調(diào)度策略和優(yōu)先級(jí)，需要在[Service]段落中指定:

CPUSchedulingPolicy：設(shè)置服務(wù)的CPU 調(diào)度策略。other,batch,idle,fifo,rr。(當(dāng)前不支持 deadline 策略)

CPUSchedulingPriority：設(shè)置優(yōu)先級(jí)，對(duì)于實(shí)時(shí)調(diào)度策略，范圍是1(最低)-99(最高)

完成后，需要重啟 systemctl daemon-reload，然后再重啟服務(wù)

二、CPU親和性

Pinning 進(jìn)程

默認(rèn)情況下，調(diào)度策略可以將進(jìn)程放置在任何一個(gè)CPU上去執(zhí)行，但為了增加效率，可以將某個(gè)進(jìn)程與哪些 CPU 進(jìn)行綁定，提供了緩存命中率，提供了整體性能。

基于 systemd 的服務(wù)提供了一種方便的方式，可以在服務(wù)單元中的[Service]段落中使用CPUAffinity,設(shè)置，該參數(shù)接受一個(gè)以空格為分隔符的 CPU 索引列表，例如 0 代表第-個(gè)CPU，1代表第二個(gè)CPU。

使用 tuna 命令查看CPU 綁定
yum install tuna

選頂: -t -P (大寫)查看特定線程的信息，例如調(diào)度策略，優(yōu)先級(jí)，CPU綁定等

使用 cgroup 管理 CPU 親和性

在 NUMA 架構(gòu)中，一個(gè) NUMA 節(jié)點(diǎn)上包含了連接在該節(jié)點(diǎn)上的 CPU，內(nèi)存等硬件設(shè)備。由此也引出了 CPU 親和性的概念。即CPU 訪問同一個(gè)節(jié)點(diǎn)中的內(nèi)存速度最快效率最高。利用 lscpu 命令查看 CPU 處于哪個(gè) NUMA 節(jié)點(diǎn)中。

NUMA

NUMA，非一致性內(nèi)存訪問。將不同的CPU核心劃分到不同的 node 節(jié)點(diǎn)。每個(gè) node都有自己的內(nèi)存控制器，允許不同 node 中的 CPU 只訪問屬于同一個(gè) node 的內(nèi)存區(qū)域。
而不同的 node 節(jié)點(diǎn)通過 QPI進(jìn)行通信，如圖:

利用 cpuset cgroup 控制器可以將程序綁定到特定的核心上。cuset 目錄已經(jīng)被掛載到了/sys/fs/cgroup 目錄下。管理員可以手工對(duì)該目錄下的文件進(jìn)行讀寫(修改)。

cpuset.cpus：指定 cgroup 中任務(wù)可以訪問的CPU 數(shù)?！?”代表連續(xù)的 CPU 數(shù)。

Cpuset.mems：指定 cgroup 中的任務(wù)可以訪問的 NUMA 內(nèi)存節(jié)點(diǎn)。

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