标签：深入剖析：Linux等待队列和完成量的区别 (linux等待队列和完成量区别)

Linux是一个开源的操作系统，它的核心部分是由C语言编写的，运行在各种硬件设备上。在Linux中，等待队列和完成量非常重要，它们对于进程的挂起和唤醒，以及异步通信起着重要的作用。但是，对于初学者来说，它们不易理解，容易混淆。本文将深入剖析Linux等待队列和完成量的区别，帮助大家更清楚地了解它们之间的差别，以及在程序设计中的应用。 1. 等待队列 等待队列是Linux中一种用来挂起进程的机制，一般用于同步线程之间的数据交换。比如，当一个进程需要访问共享资源时，如果该资源当前正在被占用，则需要等待。这时，会把当前进程加入到等待队列中，并挂起该进程，直到资源被释放。在Linux中，等待队列可以是一个列表，也可以是一个数组，它们都是由等待队列头结构等管理的。 等待队列头结构包括了等待队列中所有挂起的进程，包括其线程ID和等待原因。同时，等待队列头结构还包含了当前挂起的进程数量和信号量。在等待队列头结构中，有一个指针，指向唤醒所有进程的函数。当资源被释放时，该函数将被调用，此时等待队列中的所有进程都将被唤醒。 在Linux中，等待队列是实现进程间同步的重要手段。在多线程的环境下，等待队列可以有效地防止资源的竞争，提高了程序的效率。 2. 完成量 完成量是Linux中用于异步通信的机制，它可以在数据处理完毕后，通知等待者已经完成。在Linux中，完成量可以看成是一种与信号量相关的数据结构，在某些情况下，完成量可以替代信号量的使用。 完成量通过原子操作实现，它不仅可以与其他进程通信，还能与硬件设备通信。在Linux中，硬件设备可以发送一个中断信号，该信号会触发一个中断服务例程，中断服务例程可以通过完成量来通知进程，已经处理完毕。 在Linux中，完成量可以作为一种同步机制，它可以实现等待者与处理者之间的同步，提高系统的处理能力。同时，完成量还可以作为一种异步通信机制，用于在不同的进程之间进行通信。 3. 等待队列与完成量的区别 在Linux中，等待队列和完成量都是用来实现进程间同步和异步通信的机制。它们之间的主要区别在于： （1）等待队列用于挂起一个或多个进程，并在资源可用时唤醒它们。而完成量则用于异步通信，在数据处理完毕后，通知等待者已经完成。 （2）等待队列可以防止资源的竞争，提高程序的效率；而完成量则可以实现等待者和处理者之间的同步和异步通信。 （3）等待队列是一种在时间上长时间等待的机制，而完成量则是在时间上短时间等待的机制。 等待队列和完成量都是Unix/Linux操作系统中非常重要的机制，它们可以实现进程间的同步和异步通信，有助于提高系统的运行效率和处理能力。在程序设计中，正确理解等待队列和完成量的区别，能帮助我们更好地利用这两种机制，从而设计出更高效、更可靠的程序。 相关问题拓展阅读： Linux系统的进程调度 Linux系统的进程调度 Linux进程调度 1．调度方式 Linux系统的调度方式基本上采用“ 抢占式优先级 ”方式，当进程在用户模式下运行时，不管它是否自愿，核心在一定条件下（如该进程的时间片用完或等待I/O）可以暂时中止其运行，而调度其他进程运行。一旦进程切换到内核模式下运行时，就不受以上限制，而一直运行下去，仅在重新回到用户模式之前才会发生进程调度。 Linux系统中的调度基本上继承了UNIX系统的 以优先级为基础 的调度。也就是说，兆答核心为系统中每个进程计算出一个优先级，该优先级反映了一个进程获得CPU使用权的资格，即高优先级的进程优先得到运行。核心从进程就绪队列中挑选一个优先级更高的进程，为其分配一个CPU时间片，令其投入运行。在运行过程中，当前进程的优先级随时间喊悄递减，这样就实现了“负反馈”作用，即经过一段时间之后，原来级别较低的进程就相对“提升”了级别，从而有机会得到运行。当所有进程的优先级都变为0（更低）时，就重新计算一次所有进程的优先级。 2．调度策略 Linux系统针对不同类别的进程提供了3种不同的调度策略，即SCHED_FIFO、SCHED_RR及SCHED_OTHER。其中，SCHED_FIFO适合于 短实时进程 ，它们对时间性要求比较强，而每次运行所需的时间比较短。一旦这种进程被调度且开始运行，就一直运行到自愿让出CPU或被优先级更高的进程抢占其执行权为止。 SCHED_RR对应“时间片轮转法”，适合于每次运行需要 较长时间的实时进程 。一个运行进程分配一个时间片（200 ms），当时间片用完后，CPU被另外进程抢占，而该进程被送回相同优先级队列的末尾，核心动态调整用户态进程的优先级。这样，一个进程从创建到完成任务后终止，需要经历多次反馈循环。当进程再次被调度运行时，它就从上次断点处开始继续执行。 SCHED_OTHER是传统的UNIX调度策略，适合于交互式的 分时进程 。这类进程的优先级取决于两个因素：一个是进程剩余时间配额，如果进程用完了配给的时间，则相应优先级降到0；另一个是进程的优先数nice，这是从UNIX系统沿袭下来的方法，优先数越小，其优先级越高。nice的取值范围是-20 19。用户可以利用nice命令设定进程的nice值。但一般用户只能设定正值，从而主动降低其优先级；只有特权用户才能把nice的值设置为负数。进程的优先级就是以上二者之和。 后台命令对应后台进程（又称后台作业）。后台进程的优先级低于任何交互（前台）进程的优先级。所以，只有当系统中当前不存在可运行的交互进程时，才调度后台进程运行。后台进程往往按批处理方式调郑猜渣度运行。 3．调度时机 核心进行进程调度的时机有以下5种情况： （1）当前进程调用系统调用nanosleep( )或者pause( )，使自己进入睡眠状态，主动让出一段时间的CPU的使用权。 （2）进程终止，永久地放弃对CPU的使用。 （3）在时钟中断处理程序执行过程中，发现当前进程连续运行的时间过长。 （4）当唤醒一个睡眠进程时，发现被唤醒的进程比当前进程更有资格运行。 （5）一个进程通过执行系统调用来改变调度策略或者降低自身的优先级（如nice命令），从而引起立即调度。 4．调度算法 进程调度的算法应该比较简单，以便减少频繁调度时的系统开销。Linux执行进程调度时，首先查找所有在就绪队列中的进程，从中选出优先级更高且在内存的一个进程。如果队列中有实时进程，那么实时进程将优先运行。如果最需要运行的进程不是当前进程，那么当前进程就被挂起，并且保存它的现场—— 所涉及的一切机器状态，包括程序计数器和CPU寄存器等，然后为选中的进程恢复运行现场。 （二）Linux常用调度命令 · nohup命令 nohup命令的功能是以忽略挂起和退出的方式执行指定的命令。其命令格式是： nohup　command　［arguments］ 其中，command是所要执行的命令，arguments是指定命令的参数。 nohup命令告诉系统，command所代表的命令在执行过程中不受任何结束运行的信号（hangup和quit）的影响。例如， $ nohup find / -name exam.txt -print>f1 & find命令在后台运行。在用户注销后，它会继续运行：从根目录开始，查找名字是exam.txt的文件，结果被定向到文件f1中。 如果用户没有对输出进行重定向，则输出被附加到当前目录的nohup.out文件中。如果用户在当前目录中不具备写权限，则输出被定向到$HOME/nohup.out 中。 · at命令 at命令允许指定命令执行的时间。at命令的常用形式是： at　time　command 其中，time是指定命令command在将来执行时的时间和日期。时间的指定方法有多种，用户可以使用绝对时间，也可以用相对时间。该指定命令将以作业形式在后台运行。例如： $ at 15:00 Oct 20 回车后进入接收方式，接着键入以下命令： mail -s “Happy Birthday!” liuzheny 按下D键，屏幕显示： job.a at Wed Oct 20 15:00:00 CST $ 表明建立了一个作业，其作业ID号是.a，运行作业的时间是1999年10月20日下午3:00，给liuzheny发一条标题为“Happy Birthday！”（生日快乐）的空白邮件。 利用 at　-l 可以列出当前at队列中所有的作业。 利用 at　-r 可以删除指定的作业。这些作业以前由at或batch命令调度。例如， at　-r.a 将删除作业ID号是.a的作业。其一般使用形式是： at　-r　job_id 注意，结尾是.a的作业ID号，表示这个作业是由at命令提交的；结尾是.b的作业ID号，表示这个作业是由batch命令提交的。 · batch命令 batch命令不带任何参数，它提交的作业的优先级比at命令提交的作业的优先级低。batch无法指定作业运行的时间。实际运行时间要看系统中已经提交的作业数量。如果系统中优先级较高的作业比较多，那么，batch提交的作业则需要等待；如果系统空闲，则运行batch提交的作业。例如， $ batch 回车后进入接收方式，接着键入命令： find / -name exam.txt -print...