Android CPU绑核 调频 安卓cpu调度器哪个好

处理器作为计算机系统里的一种资源，也是需要管理，从而调度分配给需要的程序以达到最高效率，所以调度器应运而生。

1. 调度器overview

调度器本身也是一个程序，目的是为了给执行用户的程序提供资源，包含了一个决定一组程序中谁会赢得CPU时钟周期的算法。

在桌面机，嵌入式设备或大型机等不同的环境中，产生了不同的调度器。我们一般针对不同层面，分为下面几种调度器：

1. 高级调度器（long-term scheduler）： 通常用于面向批处理的多程序环境中，通过均衡内存中的任务以欧化系统资源，包括CPU，内存和硬盘存储等。
2. 中级调度器（medium-term scheduler）：跟踪CPU上执行的进程的动态内存用量来决定是否要增加或减少“多通道程度“（内存中竞争CPU的进程个数），以防止”颠簸“。颠簸即当前的进程集合的内存需求超过了系统容量，导致进程在各自的执行中变得缓慢。
3. 低级调度器（short-term scheduler）：负责在当前驻留的内存里的进程中选择一个来运行。这篇内容设计的算法主要关注的都是低级调度器。

2. 调度的步骤

在低级调度器中，一般划分为：非抢占式和抢占式。非抢占式的调度器中，一个进程要不然就一直执行到底，要不然就自己主动资源放弃处理器，以处理I/O请求，调度器只是安排先后顺序；而抢占式调度器里，调度器从当前进程手中把处理器抢走，交给另一个进程，有这么一个主动的动作。不管是哪一种，调度器的执行步骤一般如下：

1. 获得处理器的控制权
2. 把当前正在运行的进程状态（PCB，process control block）保存下来
3. 选择一个新的进程来执行
4. 把新选择出来的进程分发给处理器运行，这一步会把第二步中的状态再加载到CPU寄存器中。

可以看出，在调度器调度过程中，进程状态很重要，它包括了很多信息：程序执行到哪儿了（PC指针）以便回来继续执行，程序在内存中的足迹等等。所有的信息会用一个数据结构，进程控制块PCB描述：

enum state_type {new, ready, running, waiting, halted};

typedef struct control_block_type {
    enum state_type state;          /* 当前状态*/
    address PC;                     /* 进程从哪里继续*/
    int reg_file[NUMBERS];          /* 通用寄存器的内容*/
    struct control_block *next_pcb; /* 链表指针 */
    int priority;                   /* 优先级等外来属性 */
    address address_space;          /* 内存位置 */
    ...;

} control_block;

PCB包含了所有必须的描述进程的相关信息，是操作系统中很重要的数据结构，而PCB的维护一般是由一个队列来完成的，称作就绪队列。就绪队列的数据结构的正确表示关系到调度器的性能。

3. 评价一个调度器的性能指标

调度器的最终目标是运行用户程序，让处理器被合理的利用。那么，评价一个调度器算法的指标是什么？

一般定量的指标，通常我们第一个想到的就是CPU利用率。CPU利用率在一定程度上可以说明问题，表示CPU的繁忙程度，但不够细致，因为我们不清楚CPU到底在忙什么。

从以系统为中心和以用户为中心，大约有以下几个可以利用的指标：

以系统为中心：

1. CPU利用率：CPU处理器运行指令的繁忙时间的占比
2. 吞吐量：表示单位时间内所完成的作业个数
3. 平均周转时间：测量任务进入和离开系统平均所花的时间(t1+t2+...+tn)/n
4. 平均等待时间：表示系统任务的平均等待时间(w1+w2_...wn)/n

以用户为中心：

1. 响应时间：表示特定的任务i的周转时间ti
2. 响应时间方差：表示给定进程的实际响应时间与其期望值的统计差异

除了上面介绍的定量指标，值得一提的调度器算法的定性指标：

1. 饥饿：在任何进程作业的组合中，调度策略都应该确保所有的任务一直都有进展，如果由于某种原因，一个进程任务并没有任何进展，我们把这种情况称之为饥饿。这种情况的定量表现是，某个特定任务的响应时间没有上限。
2. 护送效应（convey effect)：在任何进程作业的组合中，调度策略应该预防长时间运行的某个任务完全占据CPU的使用。如果出于某种原因，任务的调度符合固定的规律（类似于军队的护卫），这种情况称之为护送效应。这种现象的定量表现为，任务的响应时间的方差很大。

4. 调度算法

第二部分有提到调度算法中分为非抢占式与抢占式。这里介绍几种典型的非抢占式和抢占式的算法。

4.1 非抢占式的调度算法

1）先到先服务算法（FCFS, First-Come First-Served)

这个算法会用到的属性是进程的到达时间，也就是启动运行一个进程的时间。先启动的进程会优先被调度器选中，如下图所示，P1是第一个到达的，然后再是P2, P3，所以根据先到先服务原则，调度器总是会优先选择P1，然后P2，P3。

优点：这个算法有一个很好的性质，就是任何进程都不会饥饿，也就是说算法没有回导致任务进程拒绝服务的内在偏向

缺点：但由于上面这个性质，响应时间的方差会很大。举个例子，一个长时间任务到达后，后面跟着一个短时间的任务，那么短任务被长作业挡在后面，它的响应时间就会很糟糕，由于护送效应导致低下的CPU利用率。所以这个算法并没有对短任何给予任何优先考虑。

2）最短作业优先（SJF, Shortest Job First)

既然先到先服务对短任务不是很友好，那么这个算法就是为了让短作业获得更好的响应时间。

优点：调度器会优先选择时间较短的任务，让短任务获得更好的响应时间；

缺点：有可能会让一个长时任务饥饿。

解决这个缺点有一个方案，当一个作业的年龄到达一个阈值，调度器忽略SJF, 选择FCFS算法。

3) 优先级算法

出于调度的目的，多数OS会给每个进程赋予一个属性——优先级。比如，在UNIX系统中，每个用户级进程开始时都有一个固定的默认优先级。Ready Queue中包含多个子队列，每个队列都对应着一个优先级，每个子队列内部采用FCFS算法，如下图所示：

优点：灵活，可以提供差异化服务

缺点：会产生饥饿，可以根据进程的等待时间来提高优先级

4.2 抢占式调度算法

抢占式与非抢占式的区别在于：在一个新进程或刚完成I/O的进程进入到ready queue中时，会重新评估一些属性（比如剩余执行时间），以决定要不要抢占当前正在运行的进程。原则上说，上面讨论到的任何一个非抢占式算法都能改造成抢占式的，比如FCFS算法，每次重新进入就绪队列时，调度器可以决定抢占当前正在执行的进程（如果新任务的到达时间比较早），类似的，SJF和优先级也一样。

下面介绍两种抢占式算法：

1）最短剩余时间优先（SRTF, Shortest Remaining Time First)

调度器会估计每个进程的运行时间，当一个进程回到就绪队列，调度器计算这个任务的剩余处理时间，根据计算结果，放入ready queue中合适的位置。如果该进程的剩余时间比当前的进程要少，那么调度器就会抢占当前运行的任务，让这个新任务先执行。跟FCFS算法相比，最短剩余时间的平均等待时间一般比较低。

2）RR(Round Robin)调度器

分时环境特别适合使用RR调度器，即每个进程都应该得到处理器时间的一部分。因此，非抢占式的调度器就不适合这种环境。假设有n个就绪的进程，调度器把CPU资源分成一个一个时间片，然后分配给各个进程，如下图所示。就绪队列里每个进程都会得到处理器的时间片q。当时间片用完了，当前调度的进程会被放入就绪队列的尾部，形成一个ring。但考虑到在不通进程切换会有开销，所以选择时间片q的适合要考虑上下文切换。

5. Linux调度器

上面讨论了一些基础的算法，那么Linux中是怎么调度任务的？

这里我们讨论Linux 2.6.x版本中采用的调度框架。Linux在调度上试图满足不同的环境：桌面计算和服务器。桌面计算要求高实时性以满足交互性需求，如键盘鼠标输入，会有很多上下文切换，所以响应时间很重要。而服务器不一样，服务器承载密集的负载，因此上下文切换越少，能完成的任务越多。因此Linux在调度算法里试图满足一些目标 ：

1. 高效率：调度器本身的开销要小，这是服务器环境的一个重要要求
2. 支持交互性：支持桌面级环境
3. 避免饥饿：确保计算的workload负载不会影响桌面交互性workload
4. 实时调度：确保计算性的workload负载不会因为交互而受到影响

Linux调度器支持3种任务：

1. 实时先到先服务
2. 实时RR
3. 分时

调度器支持140个优先级，0代表最高优先级。其中0-99是给实时任务的，用于处理交互式的workload，100-139是给分时任务，用来处理计算性workload。

调度器的主要数据结构如下图，140个调度优先级都有一个双向链表：

步骤：

1. 从活动数组中选择最高优先级的第一个来运行
2. 如果该任务阻塞了，就先放一边，运行下一个
3. 如果当前调度的任务的时间片用完了，把它放到期满数组中去
4. 如果一个阻塞的任务回来了，把它放在活动数组中相应优先级的链表中，调整它的剩余时间片时间
5. 如果活动数组中不再有任务，那么交换活动数组和期满数组的指针，继续运行调度算法。

值得注意的是，1）这个设计中优先数组保证了调度器能在常数时间内做出调度决定，不依赖进程个数，因此也称作O(1)调度器。2）调度器通过实时的先到先服务和实时RR调度来给交互式任务特殊的处理，以满足实时性的需求。

实际上，调度器不知道哪些任务是交互的，它采用一种启发式的方法，根据执行历史来确定任务的性质。调度器会监控每个任务对CPU的使用模式，如果一个任务经常进行阻塞式I/O请求，那么它式交互式（I/O密集），如果一个任务不怎么进行I/O，那么它式一个CPU密集型的workload。调度器会通过动态地提高优先级来对交互式进行奖励，同时通过降低优先级来惩罚CPU密集型的任务。

最后，为了满足关于避免饥饿的目标，调度器有一个饥饿阈值。如果一个任务没有得到CPU使用机会的时间超出了哪个阈值，那么饥饿的任务优先级会被提高