1. Entidades de programación:
* procesos: La unidad fundamental de programación. Cada proceso obtiene una porción de tiempo de CPU.
* hilos: Peso más ligero que los procesos, compartiendo el mismo espacio de memoria. Los programadores modernos tratan los hilos de manera similar a los procesos, a menudo programándolos de forma independiente dentro de un proceso.
* procesos en tiempo real (opcional): Estos procesos tienen requisitos de tiempo más estrictos y pueden tener prioridad sobre otros procesos. Son administrados por un mecanismo de programación separado (por ejemplo, programación en tiempo real).
2. Algoritmos de programación (históricamente y actualmente):
Linux ha desarrollado sus algoritmos de programación con el tiempo. Las primeras versiones usaban algoritmos más simples, pero los núcleos modernos utilizan un enfoque sofisticado:
* Programador completamente justo (CFS): Este es el programador predeterminado en los núcleos modernos de Linux (desde 2.6.23). CFS apunta a la completa equidad al dar a cada proceso una proporción proporcional del tiempo de CPU en función de su *peso *. Utiliza una estructura de datos de árbol rojo-negro para administrar eficientemente los procesos ejecutables y seleccionar el siguiente para ejecutar. La idea central es ajustar dinámicamente el tiempo de ejecución de los procesos para garantizar la equidad.
* Otros algoritmos de programación (históricos o nicho): Si bien el CFS es dominante, existen o existen otros algoritmos para necesidades específicas (por ejemplo, sistemas más antiguos utilizados O (N) Schedulers, menos eficientes que los CF (log n)).
3. Conceptos clave dentro de CFS:
* tiempo de ejecución virtual (vruntime): CFS rastrea el tiempo de ejecución virtual de cada proceso. Esta es una medida artificial de cuánto tiempo de CPU ha consumido un proceso. Se usa para determinar qué proceso es más merecedor de la CPU a continuación. Un proceso con un Vruntime más bajo se programa primero.
* Peso: A los procesos se les puede asignar pesos para influir en su parte del tiempo de la CPU. Un peso más alto significa una participación mayor. Esto permite priorizar procesos específicos.
* Valores agradables: El espacio de usuario puede influir en las prioridades de programación de procesos a través de valores * agradables *. Un valor agradable más bajo (por ejemplo, -20) otorga un proceso mayor prioridad, mientras que un valor de buen buen valor (por ejemplo, 19) le da menor prioridad. Esto afecta el peso asignado al proceso.
* Timeslices: Si bien no se define explícitamente como en algunos sistemas más antiguos, CFS administra implícitamente Timeslices. Los procesos se ejecutan hasta que su Vruntime indica que han tenido una parte justa. La longitud de un "TimesLice" es, por lo tanto, dinámica.
* Runqueue: Cada núcleo de CPU mantiene su propia Runqueue, una estructura de datos que contiene los procesos listos para ejecutarse en ese núcleo.
* Preención: CFS utiliza programación preventiva. Un proceso de mayor prioridad puede interrumpir un proceso de menor prioridad en cualquier momento.
4. Interacciones con otros componentes del núcleo:
El planificador interactúa estrechamente con otras partes del núcleo, que incluyen:
* Manejo de interrupciones: Las interrupciones pueden activar interruptores de contexto, potencialmente cambiando el proceso de ejecución actualmente.
* Gestión de memoria: El planificador necesita saber sobre el estado de memoria de los procesos para evitar procesos de programación que están bloqueados esperando la memoria.
* Subsistema de I/O: Cuando un proceso realiza operaciones de E/S (por ejemplo, leer desde un disco), el programador cambiará a otro proceso. El planificador también interactúa con el planificador de E/S para administrar la eficiencia de E/S de disco.
5. Programación en tiempo real:
Para aplicaciones que requieren tiempos de respuesta garantizados (por ejemplo, sistemas de control industrial), Linux ofrece opciones de programación en tiempo real. Estos generalmente utilizan diferentes algoritmos (por ejemplo, programación de fecha límite) que priorizan los procesos en tiempo real y garantizan su ejecución oportuna.
En resumen, la programación de procesos de tiempo compartido de Linux es un sistema sofisticado que equilibra dinámicamente la equidad, la eficiencia y la capacidad de respuesta. El algoritmo CFS, junto con sus estructuras de datos de soporte e interacciones con otros componentes del núcleo, proporciona un enfoque robusto y adaptativo para administrar múltiples procesos simultáneamente. Comprender los matices de CFS y otras políticas de programación es crucial para optimizar el rendimiento y el uso de recursos en los sistemas Linux.