Linux就绪队列深度解析 在Linux操作系统中，就绪队列是一个核心概念，它直接关系到进程调度和CPU资源分配的效率

    理解就绪队列的工作原理和优化策略，对于深入掌握Linux内核调度机制至关重要

    本文将详细探讨Linux就绪队列的定义、实现、以及在不同内核版本中的演变和优化

     一、就绪队列的基本概念 就绪队列，顾名思义，是用于记录系统中处于就绪状态的进程的队列

    进程状态通常分为就绪（ready）、执行（running）、阻塞（blocked）和挂起（suspend）四种

    当进程获得了除CPU以外的所有所需资源，但尚未被分配CPU时，该进程便处于就绪状态

    系统中可能存在多个就绪状态的进程，它们被组织成一个队列，即就绪队列

     就绪队列的实现并不局限于传统的链表结构，它可能采用更加高效的数据结构，如红黑树等，以适应不同场景下的调度需求

    在Linux内核中，就绪队列的具体实现随着内核版本的演进而不断优化

     二、就绪队列在Linux内核中的实现 在早期Linux内核（如2.4版本）中，所有CPU共享同一个就绪队列，并使用锁机制在多核之间进行同步

    这种做法虽然简单直观，但存在显著的性能瓶颈

    一方面，多核间的共享数据会导致大量的缓存失效；另一方面，在繁忙的系统中，频繁的数据竞争会造成CPU无谓的等待，严重影响系统整体性能

     从Linux 2.6内核版本开始，调度器进行了重大修改，增加了对多核环境的支持

    每个CPU（或核心）使用单独的就绪队列，系统中的进程是共享的，但具体由哪个CPU执行则取决于软件设计的策略

    这种改变显著提高了执行效率，尽管也带来了一定的调度复杂性

    然而，相较于2.4版本的共享队列调度，效率的提升是显而易见的

     在2.6内核中，另一个重要的优化是实现了调度的模块化

    内核中的调度策略被分为两部分：一部分是包含schedule()、load_balance、scheduler_tick()等函数的核心调度部分，这部分与进程无关特性的抽象；另一部分是针对不同场景实现的调度器类，如针对实时进程的rt、dl调度器，以及针对非实时进程的cfs调度器

    这种模块化的设计使得调度策略可以灵活扩展，而无需修改核心调度器部分的代码

     三、就绪队列中的调度策略 在Linux内核中，就绪队列的管理与调度策略紧密相关

    不同的调度器类按照优先级排列，依次处理就绪队列中的进程

    高优先级的调度器类中存在就绪任务时，低优先级的调度器类中的任务将不会被执行

    这种优先级机制确保了关键任务的及时响应

     1.实时进程调度（rt）：实时进程具有最高的优先级，它们采用SCHED_FIFO或SCHED_RR调度策略

    SCHED_FIFO表示先到先得的方式调度，且可以一直运行；而SCHED_RR则表示采用时间片轮转的方式进行调度

    内核对实时进程给予了相当程度的照顾，包括它们可以任意抢占非实时进程，可以执行任意长的时间

     2.完全公平调度器（cfs）：普通的非实时进程由cfs调度器进行管理

    cfs的就绪队列通过红黑树对调度实体进行管理，引入了组调度后，调度实体可能是进程，也可能是进程组

    cfs调度器通过虚拟时间对所有调度实体进行管理，确保每个进程都能公平地获取CPU资源

     3.空闲调度器（idle）：当系统中没有其他就绪进程时，就会调用到runqueue中的idle进程

    这通常在即将调用到idle进程之前，都会触发负载均衡，看看其它CPU上是否存在过剩的进程可以执行

     四、就绪队列的优化与演进 随着Linux内核的不断发展，就绪队列的实现和调度策略也在持续优化

    其中，O(调度算法和CFS调度器的引入是两个重要的里程碑

     1.O(1)调度算法：Linux 2.6内核采用了由Red Hat公司的Ingo Molnar设计的O(1)调度算法

    该算法基于Corbato等人提出的多级反馈队列算法，就绪队列由两个优先级数组组成：活跃优先级数组和过期优先级数组

    每个优先级数组包含MAX_PRIO（140）个优先级队列，其中前100个对应实时进程，后40个对应普通进程

    这种设计使得调度器选择下一个被调度进程变得高效和简单，选择时间复杂度为O(1)

     2.CFS调度器：CFS调度器引入了虚拟运行时间的概念，通过记录和度量进程应该获得的CPU运行时间来选择需要运行的进程

    CFS使用基于时间排序的红黑树来管理就绪队列中的进程，确保每个进程都能公平地获取CPU资源

    CFS调度器的目标是实现理想的调度情况，即任何时候所有的进程都应该有相同的虚拟运行时间值

     五、就绪队列在现代Linux系统中的应用 在现代Linux系统中，就绪队列作为进程调度的核心组件，发挥着至关重要的作用

    随着多核CPU和虚拟化技术的普及，就绪队列的实现和调度策略也在不断适应新的应用场景

    例如，在虚拟化环境中，Linux内核通过引入虚拟机调度器（VMScheduler）来优化虚拟机的性能

    虚拟机调度器与CFS调度器协同工作，确保虚拟机中的进程能够高效地获取CPU资源

     此外，随着容器技术的兴起，Linux内核也在不断探索如何更好地支持容器化应用

    容器化应用通常具有轻量级、快速启动和弹性伸缩等特点，这就要求就绪队列和调度策略能够更加灵活地适应这些新特性

    例如，Kubernetes等容器编排系统通过定义资源请求和限制来指导容器的调度和资源分配，Linux内核需要与之紧密配合，确保容器化应用能够高效地运行

     六、总结 就绪队列是Linux操作系统中进程调度的核心组件之一

    它记录了系统中处于就绪状态的进程，并通过高效的调度策略确保这些进程能够公平且及时地获取CPU资源

    随着Linux内核的不断发展和应用场景的不断变化，就绪队列的实现和调度策略也在持续优化和完善

    理解就绪队列的工作原理和优化策略对于深入掌握Linux内核调度机制至关重要

    在未来，随着新技术的不断涌现和应用场景的不断拓展，就绪队列将继续发挥着重要的作用并迎来更多的挑战和机遇