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Ubuntu CPU 调度

介绍​

在 Ubuntu 系统中，CPU 调度是操作系统管理 CPU 资源的核心机制之一。它决定了多个进程如何共享 CPU 时间，从而确保系统的高效运行。对于初学者来说，理解 CPU 调度的基本概念和工作原理是优化系统性能的重要一步。

本文将逐步介绍 Ubuntu 中的 CPU 调度机制，包括调度策略、优先级管理以及如何通过工具监控和调整 CPU 调度行为。

什么是 CPU 调度？​

CPU 调度是操作系统内核的一部分，负责决定哪个进程在何时使用 CPU。由于 CPU 是计算机中最宝贵的资源之一，调度算法的设计直接影响系统的响应速度、吞吐量和公平性。

在 Ubuntu 中，CPU 调度器基于 Linux 内核的调度机制，支持多种调度策略，如 完全公平调度（CFS） 和 实时调度（RT）。

CPU 调度策略​

1. 完全公平调度（CFS）​

CFS 是 Linux 内核默认的调度策略，旨在为所有进程提供公平的 CPU 时间分配。它通过虚拟运行时间（vruntime）来跟踪每个进程的 CPU 使用情况，确保每个进程都能获得公平的执行机会。

提示

CFS 适用于大多数桌面和服务器环境，因为它能够平衡系统的响应性和吞吐量。

2. 实时调度（RT）​

实时调度策略分为两种：

  • SCHED_FIFO：先进先出调度，高优先级的进程会一直运行，直到它主动释放 CPU 或被更高优先级的进程抢占。
  • SCHED_RR：轮转调度，与 SCHED_FIFO 类似，但每个进程会被分配一个时间片，时间片用完后会被放到队列末尾。
警告

实时调度策略适用于对响应时间要求极高的任务，如音视频处理或工业控制系统。但使用不当可能导致系统不稳定。

查看和调整进程调度策略​

在 Ubuntu 中，可以使用 chrt 命令查看和调整进程的调度策略和优先级。

示例：查看进程调度策略​

bash
chrt -p <PID>

输出示例：

pid 1234's current scheduling policy: SCHED_OTHER
pid 1234's current scheduling priority: 0

示例：设置进程为实时调度策略​

bash
chrt -f -p 99 <PID>
备注

-f 表示使用 SCHED_FIFO 策略，99 是最高优先级（范围为 1-99）。

监控 CPU 调度行为​

使用 top 或 htop 工具可以实时监控系统的 CPU 使用情况和调度行为。

示例：使用 htop 监控​

bash
htop

在 htop 界面中，可以看到每个进程的 CPU 使用率、优先级和调度策略。

实际案例：优化视频编码任务​

假设你正在运行一个视频编码任务，希望它能够尽快完成。你可以通过以下步骤优化 CPU 调度：

  1. 使用 ps 命令找到视频编码任务的 PID：

    bash
    ps aux | grep ffmpeg

  2. 将任务的调度策略设置为实时调度：

    bash
    chrt -f -p 99 <PID>

  3. 使用 htop 监控任务的 CPU 使用情况，确保它获得了足够的 CPU 资源。

总结​

CPU 调度是 Ubuntu 系统中优化性能的关键机制。通过理解不同的调度策略和工具，你可以更好地管理 CPU 资源，提升系统的响应速度和效率。

附加资源​

练习​

  1. 使用 chrt 命令将一个普通进程的调度策略改为 SCHED_FIFO，并观察其行为。
  2. 在 htop 中查找实时调度的进程，并记录它们的优先级。
  3. 尝试调整一个 CPU 密集型任务的优先级，观察其对系统性能的影响。

通过以上学习和实践，你将能够更好地理解和优化 Ubuntu 系统中的 CPU 调度机制。