自调度的工作原理(一文了解Linux 进程调度的工作原理)
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自调度的工作原理
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自调度是指系统或设备在一定规则和条件下，自动进行任务分配和资源调度的过程，其工作原理主要：
首先是感知与监测，系统通过各种传感器或监测机制，实时获取自身的资源状态信息，如CPU利用率、内存占用、网络带宽等，同时也会监测外部任务的到达情况和任务特征，比如任务的优先级、所需资源量等。
然后是策略制定，根据感知到的信息，系统依据预设的调度策略和算法进行分析。常见的策略有先来先服务、最短作业优先、优先级调度等。系统会计算每个任务在当前资源状况下的执行顺序和资源分配方案，以达到优化目标，如提高资源利用率、减少任务等待时间、保证任务的实时性等。
最后是执行与反馈，系统按照制定好的策略，将任务分配到相应的资源上进行执行。在执行过程中，系统会持续监控任务的执行状态，如任务是否正常运行、是否超出预期资源使用等。并将这些反馈信息再次用于更新系统的资源状态和任务信息，以便进行下一轮的自调度，使系统能根据不断变化的情况动态调整，保持高效稳定运行。
ATC/ATO运行重大故障的处理措施有哪些？
列车自动保护装置（ATP）功能：保障列车运行的安全。
是整个ATC系统的基础。ATO和ATS子系统都依托于ATP子系统的工作。
列车运行方式：正常情况下，列车是以一定的间隔时间与间隔距离追踪运行的。
ATP子系统采用自动闭塞方式，也就是将轨道线路划分成若干个小区间，称为闭塞分区。
每个闭塞分区都装有轨道电路，轨道电路内有列车检测信号的发送和接受装置，以及机车信号的发送装置。
工作原理：自动检测列车实际运行位置，自动确定列车最大安全运行速度，连续不间断地实行速度监督，实现超速防护，自动监测列车运行间隔，以保证实现规定地行车间隔。
因为延伸线还没有完成这技术所以需要ATP手动．
列车自动运行系统（ATO）
作用：代替司机来自动驾驶，包括平滑加速、调速和车站程序定点停车。
ATO辅助ATP工作，接受来自ATP的信息，其中有ATP速度指令、列车实际速度和列车走行距离。此外还从ATS子系统和地面标志线圈接受到列车运行等级等信息。
工作原理：根据以上信息，ATO通过牵引/制动线控制列车，使其维持在一个参考速度上运行；并在设有屏蔽门地站台准确停车。
设备组成：司机室内微处理器构成地ATO/ATS模块有司机室的车底部标志线圈和对位天线，以及每个车站ATC设备室内的车站停车模块架和沿每个站台布置的一组地面标志线圈。
停车作业控制：当列车停车位置在允许的误差范围内，地面对位天线会收到车载对位天线发送的列车停稳信号，然后进行开关门和屏蔽门的操作。
因为地铁二号线是自动驾驶的所以需要列车自动运行系统（ATO）来实现所以可以看见ATO自动．
自动监控系统（ATS）：
主要是通过计算机来组织和控制行车的一套完整的行车指挥系统。
原理：ATS将现场的行车信息及时传输到行车指挥中心，中心将行车信息综合后，适时无误的向现场下达行车指令，以保证准确、快速、安全、可靠。
控制方式：集中控制；集中、分散控制；分散自治控制。
早期采用集中控制方式；
目前主要采用集中监视、分散控制的方式；
第三种方式为新开发的，目前使用不多。
集中监视、分散控制：
设备组成：线路模拟表示盘、计算机、打印机、电视监视器和控制台等
功能：自动进行列车运行图管理，及时调整运行计划，监控列车进路，自动显示列车运行和设备状态，完成电气集中联锁和自动闭塞的要求，自动绘制列车实际运行图，车站旅客导向，车辆检修期的管理，列车的模拟仿真等。
故障处理：发生故障可转化为人工控制；中心发生故障，转化为车站控制；车站发生故障不会影响中心系统的工作。有道岔车站设ATS分系统，负责本站和邻站的接发车作业，并接发和储存指挥中心的列车运行计划。
ATP（ Automatic Train Protection）的主要功能：防止列车相撞；
ATO（ Automatic Train Operation）的主要功能：保证正常的运行和行车调整的优化；
ATS（ Automatic Train Supervision）的主要功能：设备和行车数据的自动管理。
ATC（Automatic Train Control System）：可以实现列车自动驾驶、列车自动跟踪、列车自动调度。
进程和线程有什么区别?
1、功能不同进程是计算机中的程序关于某数据集合上的一次运行活动，是系统进行资源分配和调度的基本单位，是操作系统结构的基础。
线程是操作系统能够进行运算调度的最小单位。它被包含在进程之中，是进程中的实际运作单位。
2、工作原理不同
在早期面向进程设计的计算机结构中，进程是程序的基本执行实体；在当代面向线程设计的计算机结构中，进程是线程的容器。程序是指令、数据及其组织形式的描述，进程是程序的实体。
线程是独立调度和分派的基本单位。线程可以为操作系统内核调度的内核线程，如Win32线程；由用户进程自行调度的用户线程，如Linux平台的POSIX Thread；或者由内核与用户进程，如Windows 7的线程，进行混合调度。
3、作用不同
进程是操作系统中最基本、重要的概念。是多道程序系统出现后，为了刻画系统内部出现的动态情况，描述系统内部各道程序的活动规律引进的一个概念,所有多道程序设计操作系统都建立在进程的基础上。
通常在一个进程中可以包含若干个线程，它们可以利用进程所拥有的资源。在引入线程的操作系统中，通常都是把进程作为分配资源的基本单位，而把线程作为独立运行和独立调度的基本单位。
扩展资料
进程是由进程控制块，程序段，数据段三部分组成。一个进程可以包含若干线程(Thread)，线程可以帮助应用程序同时做几件事(比如一个线程向磁盘写入文件，另一个则接收用户的按键操作并及时做出反应，互相不干扰)。
在程序被运行后，系统首先要做的就是为该程序进程建立一个默认线程，然后程序可以根据需要自行添加或删除相关的线程。是可并发执行的程序。
在一个数据集合上的运行过程，是系统进行资源分配和调度的一个独立单位，也是称活动、路径或任务，它有两方面性质：活动性、并发性。
进程可以划分为运行，阻塞，就绪三种状态，并随一定条件而相互转化，就绪运行，运行阻塞，阻塞就绪。
进程为应用程序的运行实例，是应用程序的一次动态执行。看似高深，我们可以简单地理解为：它是操作系统当前运行的执行程序。
在系统当前运行的执行程序里包括：系统管理计算机个体和完成各种操作所必需的程序；用户开启、执行的额外程序，当然也包括用户不知道，而自动运行的非法程序（它们就有可能是病毒程序）。
参考资料来源：百度百科-线程
参考资料来源：百度百科-进程
一文了解Linux 进程调度的工作原理
Linux 能同时并发交互执行多个进程的多任务操作系统。在多核处理器机器上，多任务操作系统使多个进程在不同处理器上真正的并行执行；在单核处理器机器上，产生多个进程同时执行的幻觉。无论是单核还是多核，操作系统都能让多个进程处于阻塞或睡眠状态，只将适合执行的进程交给处理器执行。多任务系统分为非抢占式多任务和抢占式多任务。Linux 属于后者，由调度程序决定何时停止一个进程运行，以给其他进程执行机会。这个强制挂起的行动称为抢占（preemption），进程在被抢占前可运行的时间预先设置，称为进程的时间片（timeslice）。
时间片是分配给每个可运行进程的处理器时间段，许多操作系统采用动态时间片计算方式，时间片的具体长度是根据机器负载动态计算的。Linux 调度程序本身未通过分配时间片实现公平调度。
调度程序的核心在于调度算法，算法决定何时让什么进程执行。理解调度算法需要回答实际问题，比如如何在响应速度和系统利用率之间找到平衡。
进程分为 IO 密集型和 CPU 密集型。IO 密集型大部分时间提交或等待 IO 请求，常处于运行状态，但每次运行时间短。CPU 密集型主要执行代码，除非被抢占，通常持续运行。操作系统通常不会让 CPU 密集型进程频繁运行以响应速度考虑。
不同系统有不同策略解决响应速度和最大系统利用率的矛盾，大部分算法难以保证低优先级进程公平对待。Linux 的 CFS 基本解决这个问题（进程数量不大时）。
调度算法中最基本的是基于优先级的调度。优先级决定进程的执行顺序。优先级高的进程优先运行，相同优先级按轮转方式。优先级高的进程使用更长时间片。Linux 采用两种优先级范围：nice 值和实时优先级。nice 值范围从 -20 到 +19，默认 0，nice 值高表示优先级低。实时优先级从 0 到 99，数值高优先级高。实时进程对有严格时间要求的进程有优先权。
时间片是一个数值，表示进程在被抢占前可运行的时间。调度策略设定默认时间片，确定并不简单，时间片太长导致进程切换延迟，太短增加处理器开销。任何时间片都可能使系统表现不佳。操作系统重视这一点，通常设置适中大小，默认为 10ms。CFS 不使用绝对时间片，而是分配处理器使用比。
时间片受 nice 值影响，体现优先级作用。当新进程消耗处理器资源比当前执行的进程小，CFS 立即剥夺当前进程执行权，将新进程投入运行。需要用户交互的进程注重实时性，处理方式特别，Linux 通过分配更高优先级和更多时间片或系统自动识别实现。
CFS 调度算法基于一个理念：进程调度效果如同系统具备完美多任务处理器，每个进程获得 1/n 的处理器时间。CFS 采用折中做法，让每个进程运行一段时间，循环轮转，选择运行最少的进程作为下一个运行进程，不采用分配时间片的方式。CFS 计算每个进程应该运行的时间，基于进程总数计算，与 nice 值无关。
CFS 通过目标延迟设定调度周期，越小带来更好交互性，接近完美多任务，但需要更多切换开销。目标延迟为 20ms，每个进程在被抢占前只能运行 10ms。进程数量多时，每个进程获得运行时间可能非常短，甚至小于进程切换时间。Linux 避免这种情况，设定最小粒度，通常默认为 1ms。
CFS 在进程数量不大情况下比较公平，不同优先级进程也表现良好。nice 值不直接影响调度决策，只影响权重，改变调度处理器时间分配比例。
CFS 核心在于 CPU 使用比，重要的是记录进程运行时间，CFS 使用虚拟运行时间（vruntime）记录，并通过函数 update_curr() 更新。内核维护红黑树组织可运行队列，节点键值为虚拟运行时间，CFS 选择虚拟运行时间最小的进程投入运行。
休眠（阻塞）进程标记为不可执行状态，等待事件发生。休眠有两种状态：TASK_INTERRUPTIBLE 和 TASK_UNINTERRUPTIBLE，都在等待队列上。进程按指定加入等待队列，避免竞争条件。唤醒操作唤醒等待队列上的所有进程。
上下文切换是进程从一个可执行状态切换到另一个。内核处理上下文切换，根据需要调用 schedule() 函数，发生抢占。内核支持内核抢占，只要调度安全，内核可抢占正在执行的任务。
总结 Linux 进程调度的工作原理，从多任务基本概念到调度算法，从时间片到优先级，从 CFS 实现到上下文切换，详细解析了 Linux 如何高效调度进程，实现多任务操作系统的核心功能。
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