面試?yán)渲R，Redhat紅帽/CentOS服務(wù)器的Linux內(nèi)核實時系統(tǒng)

本文分享了程序員面試關(guān)于 Linux 內(nèi)核實時系統(tǒng)的冷知識。希望能讓大家增長一點知識。

背景知識

Linux的調(diào)度策略包括SCHED_FIFO and SCHED_RR 和SCHED_OTHER

• SCHED_FIFO（Round-robin線程調(diào)度策略）和SCHED_RR是“實時”策略。實現(xiàn)POSIX標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的固定優(yōu)先級實時調(diào)度（fixed-priority real-time scheduling）。按照這些策略的任務(wù)會搶占其他所有任務(wù)。因為是搶占，如果它們不釋放CPU，所以很容易使得某些低級別的任務(wù)得不到執(zhí)行。

• SCHED_FIFO 和 SCHED_RR 之間的區(qū)別在于：在相同優(yōu)先級的任務(wù)中，SCHED_RR 執(zhí)行 round-robin 分配，每個任務(wù)都得到相同的cpu時間片策略。而SCHED_FIFO需要任務(wù)主動放棄cpu時間片。

• SCHED_OTHER是常見的循環(huán)式分時調(diào)度策略，該調(diào)度策略根據(jù)系統(tǒng)中運行的其他任務(wù)為某個時間的調(diào)度任務(wù)。

SCHED_RR和SCHED_FIFO的問題：

紅帽企業(yè)版Linux實時版中的兩種實時調(diào)度策略具有一個主要特征：直到被更高優(yōu)先級的線程搶占或直到它們“等待”（sleep/休眠或執(zhí)行I/O）線程會一直運行。如果是SCHED_RR，在SCHED_RR優(yōu)先級相同的線程中，操作系統(tǒng)可能會搶占一個線程，讓另一個線程得以執(zhí)行。

POSIX規(guī)范沒有規(guī)定允許低優(yōu)先級線程獲得任何CPU時間的策略。

實時線程的這種特性意味著編寫一個霸占100％的CPU的應(yīng)用程序非常容易。乍一看，好像榨干了服務(wù)器是個不錯的想法，但實際上，它引起了操作系統(tǒng)的許多問題。操作系統(tǒng)負(fù)責(zé)管理系統(tǒng)范圍的資源和按CPU的資源，并且必須定期檢查描述這些資源的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，并對其執(zhí)行內(nèi)部管理活動。如果內(nèi)核被SCHED_FIFO線程壟斷，則它無法執(zhí)行內(nèi)務(wù)處理任務(wù)，最終整個系統(tǒng)將變得不穩(wěn)定，從而可能導(dǎo)致崩潰。

中斷處理程序以具有SCHED_FIFO優(yōu)先級的線程（默認(rèn)值：50）運行。具有或策略高于中斷處理程序線程的cpuxiao hao x線程可能會阻止中斷處理程序運行，并導(dǎo)致程序等待那些由中斷發(fā)出的數(shù)據(jù)，從而使該程序餓死并失敗。

紅帽/CentOS的特殊策略/實時節(jié)流機制

在紅帽企業(yè)版實時系統(tǒng)內(nèi)核中，有個實時節(jié)流機制/SCHED_FIFOSCHED_RR限制實時調(diào)度的調(diào)度策略（real-time scheduler throttling）。

紅帽企業(yè)版實時Linux內(nèi)核帶有一種保護(hù)機制，該機制使系統(tǒng)管理員可以分配資源配額以供實時任務(wù)使用。這個配額機制引入，算是一個保護(hù)機制。

這個機制用/proc文件系統(tǒng)中的兩個參數(shù)控制。

/proc/sys/kernel/sched_rt_period_us定義時間周期，以微秒為單位，相當(dāng)于100%的CPU資源帶寬。默認(rèn)值為1,000,000μs（1秒）。謹(jǐn)慎更改該時間段，時間段過長或太小都將危險。

/proc/sys/kernel/sched_rt_runtime_us定義所有實時任務(wù)可用的總帶寬。默認(rèn)值為950,000μs（0.95 s），即CPU帶寬的95％。將該值設(shè)置為-1意味著實時任務(wù)最多可能占用100％的CPU時間。僅當(dāng)在特殊場景實時任務(wù)經(jīng)過精心設(shè)計并且沒有明顯的隱患（比如沒有無限制的輪詢循環(huán)）時，才可以這樣配置。

對于實時調(diào)節(jié)機制的默認(rèn)值定義的CPU時間的95％，意思是95%的cpu時間片可以通過實時任務(wù)中使用。剩余的5％將用于非實時任務(wù)（在SCHED_OTHER類似的調(diào)度策略下運行的任務(wù)）。而且需要注意，如果單個實時任務(wù)占用了95％的CPU時隙，則該CPU上剩余的實時任務(wù)將不會運行。剩下的5％的CPU時間僅由非實時任務(wù)使用。

默認(rèn)值的設(shè)置帶來兩個好處：流氓實時任務(wù)不會通過不允許非實時任務(wù)運行來鎖定系統(tǒng)，另一方面，實時任務(wù)最多具有95％的CPU他們的可用時間，可能會最大化效能。

聰明做法RT_RUNTIME_GREED

盡管SCHED_FIFOSCHED_RR/實時節(jié)流機制的工作原理是避免實時任務(wù)可能導(dǎo)致系統(tǒng)掛起，但是高級用戶可能希望在沒有非實時任務(wù)匱乏的情況下允許實時任務(wù)繼續(xù)運行， 避免系統(tǒng)閑置。

啟用后，此功能會在限制實時任務(wù)之前檢查非實時任務(wù)是否餓死。如果實時任務(wù)被限制，則在系統(tǒng)空閑時或下一個周期開始時（以先到者為準(zhǔn)），它將立即取消限制。

RT_RUNTIME_GREED通過以下命令 啟用：

＃echo RT_RUNTIME_GREED> /sys/kernel/debug/sched_features

要使所有CPU核都具有相同的rt_runtime，請禁用NO_RT_RUNTIME_SHARE邏輯：

＃echo NO_RT_RUNTIME_SHARE> /sys/kernel/debug/sched_features

設(shè)置了這兩個選項后，用戶將保證所有CPU上的非RT任務(wù)都有一定的運行時間，同時使實時任務(wù)盡可能多地運行。

希望這個冷知識對大家有所幫助，對Linux感興趣的同學(xué)可以看一下教程：

Linux教程：http://o2fo.com/linux/

Linux微課：http://o2fo.com/minicourse/play/linuxcourse

Linux就該這么學(xué)：http://o2fo.com/linuxprobe/