Erlang并发机制 –进程调度

Erlang调度器主要完成对Erlang进程的调度，它是Erlang实现软件实时和进程之间公平使用CPU的关键。Erlang运行时，有4种任务须要被调度：进程，Port，Linked-in driver，Erlang虚拟机的系统级活动。

 

Erlang调度器主要有如下特色：

1. 进程调度运行在用户空间 ：Erlang进程不一样于操做系统进程，Erlang的进程调度也跟操做系统彻底没有关系，是由Erlang虚拟机来完成的；

2. 调度是抢占式的：每个进程在建立时，都会分配一个固定数目的reduction（R15B中，这个数量默认值是2000），每一次操做（函数调用），reduction就会减小，当这个数量减小到0时或者进程没有匹配的消息时，抢占就会发生（无视优先级）；

3. 每一个进程公平的使用CPU：每一个进程分配相同数量的reduction，能够保证进程能够公平的（不是相等的）使用CPU资源

4. 调度器保证软实时性：Erlang中的进程有优先级，调度器能够保证在下一次调度发生时，高优先级的进程能够优先获得执行。

 

Reduction

受操做系统中基于时间片调度算法的影响，一开始知道有reduction这个概念时，一直想搞清楚这个reduction到底对应多长的绝对时间，不过，从Erlang自己对reduction的使用来看，彻底没有必要纠结这个问题。《Erlang编程指南》一书中对reduction的说明以下：

程序中的每个命令，不管它是一个函数调用，仍是一个算术操做，或者内置

函数，都会分配必定数量的reduction。虚拟机使用这个值来衡量一个进程的活

动水平。

看到这个定义的第一反应是，若是一个函数调用的执行时间很长怎么办？那不是一个进程会长时间的占用资源？Erlang对这个问题的答案是Trap机制，上一篇中有提到过，它的其中一个功能就是把费时的操做分阶段作，好比lists:reverser和lists:member可能会根据输入的不一样会有很大的变化，因此就会使用到Trap机制：先执行一段时间，再Trap，而后再次调度到的时候再继续执行。

 

SMP支持

从R11B（2006）Erlang开始支持SMP（Symmetrical Multi Processor，也就是多核）。Erlang对SMP的支持分为如下几个阶段：

1). 单调度器、单运行队列：调度器运行在虚拟机主进程中的一个线程中，从单个任务队列中获取运行进程，由于只有一个线程，因此对运行队列的访问不须要锁；

2). 多调度器、单运行队列：调度器的个数能够自定义（参见erl命令的+S参数，默认数量同CPU核的数量），每一个调度器运行在一个线程中，可是只有一个运行队列，全部调度器都从同一个运行队列获取运行进程，因此会涉及到共享资源的访问，须要用到锁。

3). 多调度器、多运行队列：每一个调度器都绑定有一个运行队列，每一个调度器都从各自的运行队列中获取运行进程。相比单运行队列，多运行队列会减小锁冲突，提升性能，可是，由于涉及到多运行队列，就必须要考虑负载问题：若是一个调度器很忙，另外一个很闲，那怎么办？Erlang虚拟机存在一个任务迁移的逻辑，来保证各个调度器达到平衡。

 

进程优先级

Erlang进程有四种优先级：max, high, normal, low（max只在Erlang运行时系统内部使用，普通进程不能使用）。Erlang运行时有两个运行队列对应着max和high优先级的运行任务，normal和low在同一个队列中。

调度器在调度发生时，老是首先查看具体max优先级的进程队列，若是队列中有能够进行的进程，就会运行，直到这个队列为空。而后会对high优先级的进程队列作一样的操做（在SMP环境，由于同时有几个调度器，因此在同一时间，可能会有不一样优先级的任务在同时运行；但在同一个调度器中，同一时间，确定是高优先级的任务优先运行）。

普通进程在建立时，通常是normal优先级。normal和low优先级的进程只有在系统中没有max和high优先级的进程可运行时才会被调度到。一般状况下，normal和low优先级的进程交替执行，low优先级得到CPU资源相对更少（通常状况下）：low优先级的任务只有在运行了normal优先级任务特定次数后（在R15B中，这个数字是8）才会被调度到（也就是说只有在调度了8个normal优先级的进程后，low优先级的进程才会被调度到，即便low优先级的进程比normal优先级的进程更早进入调度队列，这种机制可能会引发优先级反转：假如你有成千上万的活动normal进程，而只有几个low优先级进程，那么相比normal进程，low优先级可能会得到更多的CPU资源）。

 

调度算法的实现见[$OTP_SRC/erts/emulator/beam/erl_process.c --> schedule]，下面的图片是算法流程图，来源于这篇论文：Characterizing the Scalability of Erlang VM on Many-core Processors。