スケジューリングとシステム性能

スケジューラは、プロセスをいつどのくらいの時間実行するかを決定します。したがって、スケジューラの動作はシステム性能に大きな影響を与えます。

デフォルトでは、ユーザープロセスはすべてタイムシェアリングプロセスです。priocntl(2) 呼び出しによってのみ、プロセスのクラスが変更できます。

リアルタイム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。リアルタイムプロセスが実行可能である間、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できません。CPU の制御に失敗することがあるリアルタイムアプリケーションは、その他のユーザーや重要なカーネルハウスキーピングを完全にロックアウトする可能性があります。

プロセスのクラスと優先順位を制御する以外に、リアルタイムアプリケーションは、性能に影響するほかの要因も制御する必要があります。性能にもっとも影響する要因は、CPU、プライマリメモリー量、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、すべての性能要因を表示するオプションがあります。

プロセスの状態変移

リアルタイム制約が厳しいアプリケーションは、プロセスがスワップされたりセカンダリメモリーにページアウトされたりしないようにする必要があります。次の図では、UNIX のプロセスの状態と状態間の変移の概要を示します。

図 4-2 プロセス状態の変移図

動作中のプロセスは、通常、上記の図の 5 つのうち 1 つの状態にあります。矢印は、プロセスの状態の変化を示します。

• プロセスは、CPU に割り当てられていれば実行中です。優先順位が高いプロセスが実行可能になると、優先順位が低い実行中のプロセスはスケジューラによって実行状態から削除されます。元のプロセスがタイムスライスをすべて使用したときに、同じ優先順位のプロセスが実行可能である場合も、プロセスは横取りされます。

• プロセスがプライマリメモリー内にあり、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、メモリー内で実行可能です。

• プロセスがプライマリメモリー内にあるが、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、メモリー内で休眠中です。たとえば、入出力操作の完了、ロックされているリソースの解放、またはタイマの終了を待っている間、プロセスは休眠します。イベントが発生すると、ウェイクアップコールがプロセスに送信されます。休眠の原因が解消されると、プロセスは実行可能になります。

• プロセスが特定のイベントを待っておらず、そのアドレス空間全体がセカンダリメモリーに書き込まれている場合、そのプロセスは実行可能な状態であり、スワップされています。

• プロセスが特定のイベントを待っており、そのアドレス空間全体がセカンダリメモリーに書き込まれている場合、そのプロセスは休眠中であり、スワップされています。

  動作中のプロセスをすべて保留するために十分なプライマリメモリーがマシンにない場合は、アドレス空間の一部をセカンダリメモリーにページングするかスワップする必要があります。

• システムのプライマリメモリーが不足した場合は、いくつかのプロセスの個々のページがセカンダリメモリーに書き込まれますが、そのプロセスは実行可能なままです。実行中のプロセスがそのページにアクセスする場合、ページがプライマリメモリー内に読み戻されるまでプロセスは休眠します。

• システムのプライマリメモリー不足がさらに深刻になると、いくつかのプロセスのすべてのページがセカンダリメモリーに書き込まれます。このようにセカンダリメモリーに書き込まれたページは「スワップされた」とマークされます。このようなプロセスがスケジューリング可能な状態に戻るのは、システムスケジューラデーモンがこれらのプロセスをメモリー内に読み戻すように選択した場合だけです。

プロセスが再度実行可能になった場合、ページングとスワップの両方により、遅延が発生します。タイミング要求が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。

リアルタイムプロセスにすれば、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。プログラムは、テキストとデータをプライマリメモリー内にロックして、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。ロックできる量はメモリー構成によって制限されます。また、ロックが多すぎると、テキストやデータをメモリー内にロックしていないプロセスが大幅に遅れる可能性があります。

リアルタイムプロセスの性能とその他のプロセスとの性能の兼ね合いは、ローカルな必要性によって異なります。システムによっては、必要なリアルタイム応答を保証するためにプロセスのロックが必要な場合もあります。