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进程线程，调度之争，浅析底层实现

见解分享

导语：

计算机世界中，进程与线程的概念早已为人所知，但两者之间的区别和调度机制却常常让人感到模糊不清。本文将从底层实现的角度出发，为您深入剖析进程线程的调度过程，让您对这些基本概念有更透彻的理解。

进程与线程：同与异

进程和线程都是操作系统管理的执行实体，但它们之间存在着一些关键差异：

  • 资源独立性： 进程是独立的资源单元，拥有自己的地址空间、文件系统和系统资源。线程则依附于进程，共享进程的资源。
  • 生命周期： 进程是一个完整的执行单元，从创建到销毁都是一个独立的过程。而线程只是进程中的一个执行流，其生命周期与进程绑定。
  • 调度： 进程和线程的调度策略不同。进程通常采用非抢占式调度，即进程一旦获得CPU时间片，将一直运行下去，直到完成或发生中断。线程则采用抢占式调度，如果出现优先级更高的线程，则正在运行的线程会被抢占，释放CPU时间片。

调度：谁先谁后

进程和线程的调度是一个复杂的过程，涉及多个因素，包括优先级、等待事件、CPU亲和性和负载均衡等。不同的操作系统采用不同的调度算法，但总体上遵循以下原则：

进程调度：

  • 先到先服务（FCFS）： 根据进程到达就绪队列的先后顺序调度进程。
  • 短作业优先（SJF）： 优先调度预计执行时间最短的进程。
  • 优先级调度： 根据进程的优先级调度进程，优先级高的进程优先执行。

线程调度：

  • 轮转调度（RR）： 将所有线程按时间片轮流调度，每个线程获得一个固定的时间片。
  • 优先级调度： 与进程调度类似，优先级高的线程优先执行。
  • 公平共享调度： 确保所有线程都能公平地获得CPU时间，防止出现线程饥饿现象。

实现：深入浅出

在Linux系统中，进程调度由sched子系统负责，它提供了一系列调度器接口，包括：

  • CFS（完全公平调度器）： 用于调度非实时进程，实现公平共享调度。
  • RT（实时调度器）： 用于调度实时进程，确保进程能在预定时间内完成。

线程调度由pthread库实现，它提供了以下调度器：

  • POSIX优先级调度器： 实现POSIX标准中定义的优先级调度。
  • SCHED_OTHER调度器： 默认的线程调度器，采用轮转调度算法。

结论：调度之道

进程和线程的调度机制是操作系统中至关重要的部分，直接影响着系统的性能和响应能力。通过了解底层实现，我们可以更好地理解不同调度算法的优缺点，并根据具体场景选择合适的调度策略。希望这篇文章能为您打开一扇理解进程线程调度的窗口，让您在计算机世界中如鱼得水，所向披靡。

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