任強

【摘要】本文通過對Linux不同版本調(diào)度機制的研究，分析對SMP的支持能力。并分析不同版本的調(diào)度機制、算法對SMP性能的影響。支持SMP的Linux的逐步完善過程中所積累的經(jīng)驗及成果，無論在理論上還是實踐上，都為其他嵌入式操作系統(tǒng)實現(xiàn)SMP架構(gòu)提供了很好的借鑒作用。因此，深入分析Linux SMP系統(tǒng)的實現(xiàn)原理，對后續(xù)其他嵌入式操作系統(tǒng)實現(xiàn)SMP架構(gòu)能夠提供理論支持和實踐依據(jù)。

【關(guān)鍵詞】Linux；SMP；調(diào)度；內(nèi)核

Linux從2.0版本開始增加對于SMP的支持，最初的實現(xiàn)較為簡單，以后隨著版本更新，SMP的實現(xiàn)也逐步趨于完善。

1. 本文主要對Linux 2.4和2.6版本的內(nèi)核調(diào)度機制進行深入分析

1.1Linux2.2以前的內(nèi)核中，SMP是在用戶級實現(xiàn)，Linux內(nèi)核本身并不能因有多個處理器核而得到加速。而在Linux 2.4內(nèi)核以后，SMP在內(nèi)核級實現(xiàn)，使用多處理器核可以加快內(nèi)核的處理速度。目前的Linux 2.6有以下優(yōu)點：采用時間復雜度為O（1）的調(diào)度算法，調(diào)度器開銷恒定，與當前系統(tǒng)負載無關(guān)，實時性能更好；鎖粒度大幅度減小；優(yōu)化了計算密集型的批處理作業(yè)的調(diào)度；系統(tǒng)負載重的情況下，調(diào)度器也能發(fā)揮良好的性能。這些使得系統(tǒng)性能和實時性都有了很大的改善。

1.2Linux 2.4的調(diào)度機制的特點主要有兩個：內(nèi)核不可搶占以及調(diào)度算法簡單高效。在Linux 2.4中，內(nèi)核是不可搶占的，即進程在內(nèi)核態(tài)執(zhí)行時，它不能被任意掛起，也不能被另一個進程代替，除非進程自己放棄處理器。一個最典型的例子就是內(nèi)核進程中如果出現(xiàn)死循環(huán)并且進程不調(diào)用schedule（ ）進行任務(wù)切換，系統(tǒng)就會失去響應(yīng)。此時盡管各種中斷（包括時鐘中斷）仍然在響應(yīng)，但卻不會發(fā)生調(diào)度，其他進程（包括內(nèi)核進程）都沒有機會運行。Linux 操作系統(tǒng)內(nèi)核中負責進程調(diào)度的具體函數(shù)是schedule（ ），它按照不同的調(diào)度策略對實時進程和非實時進程進行不同的調(diào)度處理。它主要完成兩項工作：遍歷就緒隊列中的所有進程，調(diào)用goodness（）函數(shù)計算每一個進程的權(quán)值，從中選擇權(quán)值最大的進程投入運行。如果整個運行隊列中的所有進程的時間片都耗盡，重新分配時間片。

1.3Linux的進程用task_struct結(jié)構(gòu)體表示。如圖1所示，系統(tǒng)中的所有進程被組織到以初始化任務(wù)init_task為表頭的雙向鏈表中，該鏈表是全系統(tǒng)唯一的，每個處理器核都分別對應(yīng)了一個idle_task，它們的task_struct指針被組織到init_tasks[NR_CORES]數(shù)組中，調(diào)度器通過idle_task（cpu）宏訪問這些idle進程。以runqueue_head為表頭的鏈表記錄了所有處于就緒態(tài)的進程（當前正在運行的進程也在其中，但idle_task除外），調(diào)度器總是從中選取最適合調(diào)度的進程投入運行。

1.4由于所有處理器核共享一個運行隊列，需要使用一個運行隊列鎖來保證互斥訪問，因此，在 SMP 系統(tǒng)中，一個核處理器從運行隊列選擇任務(wù)就會阻止其他核操作這個隊列。結(jié)果是，空閑處理器核需要等待這個處理器核釋放運行隊列鎖，這樣會造成效率的降低。

1.5Linux 2.6在 Linux 2.4的基礎(chǔ)上做出了很大的改進，它能夠更好地發(fā)揮SMP的性能。首先，它改變了Linux 2.4中多個處理器核共享一個運行隊列的做法，而是每個處理器核都有自己的運行隊列，這樣就允許同一時刻多個處理器核進行任務(wù)調(diào)度，而且系統(tǒng)根據(jù)所有處理器核的負載進行負載平衡。負載平衡程序由函數(shù)load_balance（）實現(xiàn)，只要當前的就緒隊列為空，它就會被調(diào)用，此外，在系統(tǒng)空閑時每隔1毫秒調(diào)用一次，而其他情況下每隔200 毫秒調(diào)用一次，以便重新分配任務(wù)負載，維持核間的負載平衡。但是由于負載平衡程序的執(zhí)行開銷較大，而且執(zhí)行時間具有不確定性，所以一定程度上影響了Linux的實時性和可預測性。

均增加。玄武巖纖維的摻入，提高了混凝土材料抵抗沖擊破壞的能力，最大程度地延緩裂縫的擴展，保證了混凝土材料試件的完整性。

（4）纖維體積率僅為0.10%的混凝土無論是初裂、終裂次數(shù)還是破壞能，較空白混凝土均有較大幅度的提高。在試件初裂后，纖維體積率越大，破壞所需的沖擊能均顯著升高，0.30%體積率對應(yīng)沖擊能達到空白混凝土的10倍以上。

3. 結(jié)論

基于纖維增強理論，通過正交試驗分析玄武巖纖維對混凝土性能的作用規(guī)律，對纖維參數(shù)主次進行區(qū)別，并進一步優(yōu)選評價指標確定配合比中的纖維參數(shù)。主要結(jié)論包括：

（1）玄武巖纖維與水泥混凝土材料有很好的適應(yīng)性，進行相關(guān)配合比設(shè)計是可行的；

（2）利用正交試驗分析方法，得出影響混凝土性能的纖維參數(shù)中，體積摻量是主要因素，長徑比是相對次要因素。在配合比設(shè)計中，應(yīng)著重考慮主要因素的選值；

（3）纖維對混凝土的工作性存在較大影響，可摻減水劑解決。與普通混凝土相比，在纖維混凝土的配合比設(shè)計中，重點考慮解決混凝土工作性問題。

參考文獻

[1]中華人民共和國行業(yè)標準.JTG F30-2003 公路水泥混凝土路面施工技術(shù)規(guī)范.北京：人民交通出版社，2003.

[2]中華人民共和國行業(yè)標準.JTG E30-2005 《公路工程水泥及水泥混凝土試驗規(guī)程》.北京：人民交通出版社，2005.

[3]趙玉肖.《玄武巖纖維增強水泥砂漿性能試驗研究》.《中外公路》.2013年10月第33卷第5期.

[作者簡介] 孫俊峰（1973-），男，籍貫：河北省沽源縣人，學歷：本科，職稱：工程師，從事公路工程建設(shè)與管理工作。