调度和系统性能

调度程序可确定进程运行的时间以及持续长度。因此，调度程序的行为会对系统性能产生重要影响。

缺省情况下，所有用户进程都是分时进程。进程只能通过 priocntl(2) 调用来更改类。

所有实时进程的优先级都高于分时进程的优先级。如果有任何实时进程可以运行，则不能运行分时进程或系统进程。有时无法放弃 CPU 控制权的实时应用程序可能会完全禁止其他用户和基本内核内务处理对其进行使用。

除了控制进程类和优先级之外，实时应用程序还必须控制影响其性能的其他因素。性能方面最重要的因素包括 CPU 处理能力、主存储器量和 I/O 吞吐量。这些因素会以很复杂的方式相互作用相互影响。sar(1) 命令可以使用一些选项来报告所有性能因素。

进程状态转换

具有严格实时约束的应用程序可能需要阻止将进程换出或换页到辅助内存。下图简要概括了 UNIX 进程状态以及状态之间的转换。

图 4-2 进程状态转换图

活动进程通常处于图中的五种状态之一。箭头指示了进程状态如何进行变化。

• 如果将进程指定给 CPU，则进程将处于运行状态。如果另一个优先级较高的进程进入可运行状态，则调度程序将使该进程脱离运行状态。当一个进程用尽其整个时间片之后，如果另一个具有相同优先级的进程进入可运行状态，则也会抢占该进程。

• 如果进程位于主存储器中并且准备运行，但是未指定给 CPU，则此进程在内存中处于可运行状态。

• 如果进程位于主存储器中，但是需要等待特定的事件完成才能继续执行，则此进程在内存中处于休眠状态。例如，进程在等待 I/O 操作完成、解除锁定已锁定的资源或者计时器到期时，将处于休眠状态。事件发生时，将向进程发送唤醒调用。如果进程进入休眠状态的原因不复存在，则进程将进入可运行状态。

• 如果某个进程的地址空间已写入到辅助存储器中，并且该进程未等待特定事件，则该进程处于可运行状态，并会进行交换。

• 如果某个进程正在等待特定事件，并且已将其整个地址空间写入到辅助存储器中，则该进程处于休眠状态，并会进行交换。

  如果计算机中没有足够的主存储器容纳其所有活动进程，则此计算机必须将部分地址空间交换或换页到辅助存储器。

• 如果系统的主存储器不足，系统会将某些进程的个别页面写入辅助存储器，从而使这些进程仍可继续运行。当正在运行的进程访问这些页面时，此进程将休眠，同时将页面读回到主存储器中。

• 当系统遇到更严重的主存储器不足时，系统会将某些进程的所有页面都写入辅助存储器，并将已写入辅助存储器的页面标记为已交换。仅当系统调度程序守护进程选择将此类进程读回到内存中时，才能调度这些进程。

当进程可以再次运行时，换页和交换都会造成延迟。对于具有严格的时间安排要求的进程而言，这种延迟可能是无法接受的。

为了避免交换延迟，实时进程永远不能进行交换，尽管某些实时进程可以进行换页。程序可以通过将其文本和数据锁入到主存储器中来阻止换页和交换。有关更多信息，请参见 memcntl(2) 手册页。可以锁定的内存量受限于已配置的内存量。另外，锁定过多内存可能会对未将文本和数据锁入内存的进程造成无法忍受的延迟。

实时进程与其他进程之间的性能权衡取决于局部需求。在某些系统中，可能需要进行进程锁定才能保证必需的实时响应。