性能

スケジューラは、プロセスをいつどれだけの時間実行するかを決定するので、システムの実際の性能と知覚される性能に重要な影響を与えます。

デフォルトでは、プロセスはすべてタイムシェアリングプロセスです。プロセスがクラスを変更するのは、priocntl(2) 関数呼び出しによってだけです。

実時間プロセス優先順位は、どのタイムシェアリングプロセスよりも優先順位が高くなっています。したがって、実行可能な実時間プロセスが存在する限り、タイムシェアリングプロセスやシステムプロセスは実行されません。このため、実時間アプリケーションは注意して作成しないと、ユーザや基本的なカーネルのハウスキーピングが完全にロッキングされてしまうことがあります。

実時間アプリケーションは、プロセスのクラスと優先順位を制御する以外にも、性能に影響を与えるいくつかの他の要因も制御しなければなりません。性能にとって最も重要な要因は、CPU パワー、一次メモリ量、入出力スループットです。これらの要因は相互に複雑に関連しています。sar(1) コマンドには、すべての性能要因について報告するオプションがあります。

プロセスの状態変移

厳しい実時間制約を持つアプリケーションは、プロセスがスワップされたり二次メモリにページアウトされたりしないようにする必要がある場合があります。UNIX のプロセスの状態と状態間の変移の概要を図 3-3 に示します。

図 3-3 プロセス状態の変移図

有効なプロセスは、通常、上記の図の 5 つの状態のうちの 1 つにあります。矢印は状態が変わる方向を示します。

• プロセスは、CPU に割り当てられていれば実行中である。優先順位が高いプロセスが実行可能になると、実行中のプロセスはスケジューラによって横取りされる (実行状態から削除される)。プロセスがタイムスライスをすべて使用して、同じ優先順位のプロセスが実行可能な場合にも、プロセスは横取りされる。

• プロセスは一次メモリ内にあり、実行準備ができているが CPU には割り当てられていない場合、メモリ内で実行可能である。

• プロセスは一次メモリ内にあるが、実行を継続するために特定のイベントを待っている場合、メモリ内で休眠中である。たとえば、入出力操作の完了、ロッキングされている資源の解放、タイマの終了を待っている場合は休眠中である。イベントが発生すると、プロセスに呼び起こしが送信される。休眠の原因が解消されれば、プロセスは実行可能になる。

• プロセスが特定のイベントを待っているのではなく、一次メモリに他のプロセスのための空間を空けるために、アドレス空間がすべて二次メモリに書き込まれている場合、プロセスは実行可能でスワップされている。

• プロセスが特定のイベントを待っており、一次メモリに他のプロセスのための空間を空けるために、アドレス空間がすべて二次メモリに書き込まれている場合、プロセスは休眠中でスワップされている。

  有効なプロセスをすべて保持するための十分な一次メモリがマシンにない場合は、次のようにして、アドレス空間の一部を二次メモリにページングするかスワップしなければなりません。

• システムの一次メモリが不足した場合は、いくつかのプロセスの個々のページが二次メモリに書き込まれるが、そのプロセスは実行可能なままである。プロセスを実行する際にそのページにアクセスする場合は、ページが一次メモリ内に読み戻されるまでプロセスは休眠しなければならない。

• システムの一次メモリ不足がさらに深刻になると、いくつかのプロセスの全ページが二次メモリに書き込まれ、そのプロセスがスワップされたとマークされる。このようなプロセスは、システムスケジューラのデーモンプロセスによって選択されてメモリ内に読み戻された場合だけスケジュール可能な状態に戻る。

プロセスが再度実行可能になったときに、ページングとスワップの両方により、遅延が発生します。タイミング要求の厳しいプロセスにとっては、この遅延は受け入れられないものです。

実時間プロセスにすれば、プロセスの一部がページングされることがあっても、スワップはされないためスワップによる遅延を避けることができます。また、プログラムは、テキストとデータを一次メモリ内にロッキングすれば、ページングとスワップを避けることができます。詳細は、memcntl(2) のマニュアルページを参照してください。ロッキングできる量はメモリ設定によって制限されます。また、ロッキングが多すぎると、テキストやデータをメモリ内にロッキングしていないプロセスが大幅に遅れます。

実時間プロセスの性能とその他のプロセスの性能の兼ね合いは、ローカルなニーズによって異なります。システムによっては、必要な実時間応答を保証するためにプロセスのロッキングが必要な場合もあります。

ソフトウェアの潜在的な時間

実時間アプリケーションの潜在的な時間については、「ディスパッチ中の潜在的な時間」を参照してください。