❶ linux系统性能怎么优化
linux系统性能怎么优化
一、前提
我们可以在文章的开始就列出一个列表，列出可能影响Linux操作系统性能的一些调优参数，但这样做其实并没有什么价值。因为性能调优是一个非常困难的任务，它要求对硬件、操作系统、和应用都有着相当深入的了解。如果性能调优非常简单的话，那些我们要列出的调优参数早就写入硬件的微码或者操作系统中了，我们就没有必要再继续读这篇文章了。正如下图所示，服务器的性能受到很多因素的影响。
当面对一个使用单独IDE硬盘的，有20000用户的数据库服务器时，即使我们使用数周时间去调整I/O子系统也是徒劳无功的，通常一个新的驱动或者应用程序的一个更新(如SQL优化)却可以使这个服务器的性能得到明显的提升。正如我们前面提到的，不要忘记系统的性能是受多方面因素影响的。理解操作系统管理系统资源的方法将帮助我们在面对问题时更好的判断应该对哪个子系统进行调整。
二、Linux的CPU调度
任何计算机的基本功能都十分简单，那就是计算。为了实现计算的功能就必须有一个方法去管理计算资源、处理器和计算任务(也被叫做线程或者进程)。非常感谢Ingo Molnar，他为Linux内核带来了O(1)CPU调度器，区别于旧有的O(n)调度器，新的调度器是动态的，可以支持负载均衡，并以恒定的速度进行操作。
新调度器的可扩展性非常好，无论进程数量或者处理器数量，并且调度器本身的系统开销更少。新调取器的算法使用两个优先级队列。
引用
・活动运行队列
・过期运行队列
调度器的一个重要目标是根据优先级权限有效地为进程分配CPU 时间片，当分配完成后它被列在CPU的运行队列中，除了 CPU 的运行队列之外，还有一个过期运行队列。当活动运行队列中的一个任务用光自己的时间片之后，它就被移动到过期运行队列中。在移动过程中，会对其时间片重新进行计算。如果活动运行队列中已经没有某个给定优先级的任务了，那么指向活动运行队列和过期运行队列的指针就会交换，这样就可以让过期优先级列表变成活动优先级的列表。通常交互式进程(相对与实时进程而言)都有一个较高的优先级，它占有更长的时间片，比低优先级的进程获得更多的计算时间，但通过调度器自身的调整并不会使低优先级的进程完全被饿死。新调度器的优势是显着的改变Linux内核的可扩展性，使新内核可以更好的处理一些有大量进程、大量处理器组成的企业级应用。新的O(1)调度器包含仔2.6内核中，但是也向下兼容2.4内核。
新调度器另外一个重要的优势是体现在对NUMA(non-uniform memory architecture)和SMP(symmetric multithreading processors)的支持上，例如INTEL@的超线程技术。
改进的NUMA支持保证了负载均衡不会发生在CECs或者NUMA节点之间，除非发生一个节点的超出负载限度。
三、Linux的内存架构
今天我们面对选择32位操作系统还是64位操作系统的情况。对企业级用户它们之间最大的区别是64位操作系统可以支持大于4GB的内存寻址。从性能角度来讲，我们需要了解32位和64位操作系统都是如何进行物理内存和虚拟内存的映射的。
在上面图示中我们可以看到64位和32位Linux内核在寻址上有着显着的不同。
在32位架构中，比如IA-32，Linux内核可以直接寻址的范围只有物理内存的第一个GB(如果去掉保留部分还剩下896MB)，访问内存必须被映射到这小于1GB的所谓ZONE_NORMAL空间中，这个操作是由应用程序完成的。但是分配在ZONE_HIGHMEM中的内存页将导致性能的降低。
在另一方面，64位架构比如x86-64(也称作EM64T或者AMD64)。ZONE_NORMAL空间将扩展到64GB或者128GB(实际上可以更多，但是这个数值受到操作系统本身支持内存容量的限制)。正如我们看到的，使用64位操作系统我们排除了因ZONE_HIGHMEM部分内存对性能的影响的情况。
实际中，在32位架构下，由于上面所描述的内存寻址问题，对于大内存，高负载应用，会导致死机或严重缓慢等问题。虽然使用hugemen核心可缓解，但采取x86_64架构是最佳的解决办法。
四、虚拟内存管理
因为操作系统将内存都映射为虚拟内存，所以操作系统的物理内存结构对用户和应用来说通常都是不可见的。如果想要理解Linux系统内存的调优，我们必须了解Linux的虚拟内存机制。应用程序并不分配物理内存，而是向Linux内核请求一部分映射为虚拟内存的内存空间。如下图所示虚拟内存并不一定是映射物理内存中的空间，如果应用程序有一个大容量的请求，也可能会被映射到在磁盘子系统中的swap空间中。
另外要提到的是，通常应用程序不直接将数据写到磁盘子系统中，而是写入缓存和缓冲区中。Bdflush守护进程将定时将缓存或者缓冲区中的数据写到硬盘上。
Linux内核处理数据写入磁盘子系统和管理磁盘缓存是紧密联系在一起的。相对于其他的操作系统都是在内存中分配指定的一部分作为磁盘缓存，Linux处理内存更加有效，默认情况下虚拟内存管理器分配所有可用内存空间作为磁盘缓存，这就是为什么有时我们观察一个配置有数G内存的Linux系统可用内存只有20MB的原因。
同时Linux使用swap空间的机制也是相当高效率的，如上图所示虚拟内存空间是由物理内存和磁盘子系统中的swap空间共同组成的。如果虚拟内存管理器发现一个已经分配完成的内存分页已经长时间没有被调用，它将把这部分内存分页移到swap空间中。经常我们会发现一些守护进程，比如getty，会随系统启动但是却很少会被应用到。这时为了释放昂贵的主内存资源，系统会将这部分内存分页移动到swap空间中。上述就是Linux使用swap空间的机制，当swap分区使用超过50%时，并不意味着物理内存的使用已经达到瓶颈了，swap空间只是Linux内核更好的使用系统资源的一种方法。
简单理解：Swap usage只表示了Linux管理内存的有效性。对识别内存瓶颈来说，Swap In/Out才是一个比较又意义的依据，如果Swap In/Out的值长期保持在每秒200到300个页面通常就表示系统可能存在内存的瓶颈。下面的事例是好的状态：
引用
# vmstat
procs ———–memory————- —swap– —–io—- –system– —-cpu—-
r b swpd free buff cache si so bi bo in cs us sy id wa
1 0 5696 6904 28192 50496 0 0 88 117 61 29 11 8 80 1
五、模块化的I/O调度器
就象我们知道的Linux2.6内核为我们带来了很多新的特性，这其中就包括了新的I/O调度机制。旧的2.4内核使用一个单一的I/O调度器，2.6 内核为我们提供了四个可选择的I/O调度器。因为Linux系统应用在很广阔的范围里，不同的应用对I/O设备和负载的要求都不相同，例如一个笔记本电脑和一个10000用户的数据库服务器对I/O的要求肯定有着很大的区别。
引用
(1).Anticipatory
anticipatory I/O调度器创建假设一个块设备只有一个物理的查找磁头(例如一个单独的SATA硬盘)，正如anticipatory调度器名字一样，anticipatory调度器使用“anticipatory”的算法写入硬盘一个比较大的数据流代替写入多个随机的小的数据流，这样有可能导致写 I/O操作的一些延时。这个调度器适用于通常的一些应用，比如大部分的个人电脑。
(2).Complete Fair Queuing (CFQ)
Complete Fair Queuing(CFQ)调度器是Red Flag DC Server 5使用的标准算法。CFQ调度器使用QoS策略为系统内的所有任务分配相同的带宽。CFQ调度器适用于有大量计算进程的多用户系统。它试图避免进程被饿死和实现了比较低的延迟。
(3).Deadline
deadline调度器是使用deadline算法的轮询的调度器，提供对I/O子系统接近实时的操作，deadline调度器提供了很小的延迟和维持一个很好的磁盘吞吐量。如果使用deadline算法请确保进程资源分配不会出现问题。
(4).NOOP
NOOP调度器是一个简化的调度程序它只作最基本的合并与排序。与桌面系统的关系不是很大，主要用在一些特殊的软件与硬件环境下，这些软件与硬件一般都拥有自己的调度机制对内核支持的要求很小，这很适合一些嵌入式系统环境。作为桌面用户我们一般不会选择它。
六、网络子系统
新的网络中断缓和(NAPI)对网络子系统带来了改变，提高了大流量网络的性能。Linux内核在处理网络堆栈时，相比降低系统占用率和高吞吐量更关注可靠性和低延迟。所以在某些情况下，Linux建立一个防火墙或者文件、打印、数据库等企业级应用的性能可能会低于相同配置的Windows服务器。
在传统的处理网络封包的方式中，如下图蓝色箭头所描述的，一个以太网封包到达网卡接口后，如果MAC地址相符合会被送到网卡的缓冲区中。网卡然后将封包移到操作系统内核的网络缓冲区中并且对CPU发出一个硬中断，CPU会处理这个封包到相应的网络堆栈中，可能是一个TCP端口或者Apache应用中。
这是一个处理网络封包的简单的流程，但从中我们可以看到这个处理方式的缺点。正如我们看到的，每次适合网络封包到达网络接口都将对CPU发出一个硬中断信号，中断CPU正在处理的其他任务，导致切换动作和对CPU缓存的操作。你可能认为当只有少量的网络封包到达网卡的情况下这并不是个问题，但是千兆网络和现代的应用将带来每秒钟成千上万的网络数据，这就有可能对性能造成不良的影响。
正是因为这个情况，NAPI在处理网络通讯的时候引入了计数机制。对第一个封包，NAPI以传统的方式进行处理，但是对后面的封包，网卡引入了POLL 的轮询机制：如果一个封包在网卡DMA环的缓存中，就不再为这个封包申请新的中断，直到最后一个封包被处理或者缓冲区被耗尽。这样就有效的减少了因为过多的中断CPU对系统性能的影响。同时，NAPI通过创建可以被多处理器执行的软中断改善了系统的可扩展性。NAPI将为大量的企业级多处理器平台带来帮助，它要求一个启用NAPI的驱动程序。在今天很多驱动程序默认没有启用NAPI，这就为我们调优网络子系统的性能提供了更广阔的空间。
七、理解Linux调优参数
因为Linux是一个开源操作系统，所以又大量可用的性能监测工具。对这些工具的选择取决于你的个人喜好和对数据细节的要求。所有的性能监测工具都是按照同样的规则来工作的，所以无论你使用哪种监测工具都需要理解这些参数。下面列出了一些重要的参数，有效的理解它们是很有用处的。
(1)处理器参数
引用
・CPU utilization
这是一个很简单的参数，它直观的描述了每个CPU的利用率。在xSeries架构中，如果CPU的利用率长时间的超过80%，就可能是出现了处理器的瓶颈。
・Runable processes
这个值描述了正在准备被执行的进程，在一个持续时间里这个值不应该超过物理CPU数量的10倍，否则CPU方面就可能存在瓶颈。
・Blocked
描述了那些因为等待I/O操作结束而不能被执行的进程，Blocked可能指出你正面临I/O瓶颈。
・User time
描述了处理用户进程的百分比，包括nice time。如果User time的值很高，说明系统性能用在处理实际的工作。
・System time
描述了CPU花费在处理内核操作包括IRQ和软件中断上面的百分比。如果system time很高说明系统可能存在网络或者驱动堆栈方面的瓶颈。一个系统通常只花费很少的时间去处理内核的操作。
・Idle time
描述了CPU空闲的百分比。
・Nice time
描述了CPU花费在处理re-nicing进程的百分比。
・Context switch
系统中线程之间进行交换的数量。
・Waiting
CPU花费在等待I/O操作上的总时间，与blocked相似，一个系统不应该花费太多的时间在等待I/O操作上，否则你应该进一步检测I/O子系统是否存在瓶颈。
・Interrupts
Interrupts 值包括硬Interrupts和软Interrupts，硬Interrupts会对系统性能带来更多的不利影响。高的Interrupts值指出系统可能存在一个软件的瓶颈，可能是内核或者驱动程序。注意Interrupts值中包括CPU时钟导致的中断(现代的xServer系统每秒1000个 Interrupts值)。
(2)内存参数
引用
・Free memory
相比其他操作系统，Linux空闲内存的值不应该做为一个性能参考的重要指标，因为就像我们之前提到过的，Linux内核会分配大量没有被使用的内存作为文件系统的缓存，所以这个值通常都比较小。
・Swap usage
这 个值描述了已经被使用的swap空间。Swap usage只表示了Linux管理内存的有效性。对识别内存瓶颈来说，Swap In/Out才是一个比较又意义的依据，如果Swap In/Out的值长期保持在每秒200到300个页面通常就表示系统可能存在内存的瓶颈。
・Buffer and cache
这个值描述了为文件系统和块设备分配的缓存。在Red Flag DC Server 5版本中,你可以通过修改/proc/sys/vm中的page_cache_tuning来调整空闲内存中作为缓存的数量。
・Slabs
描述了内核使用的内存空间，注意内核的页面是不能被交换到磁盘上的。
・Active versus inactive memory
提供了关于系统内存的active内存信息，Inactive内存是被kswapd守护进程交换到磁盘上的空间。
(3)网络参数
引用
・Packets received and sent
这个参数表示了一个指定网卡接收和发送的数据包的数量。
・Bytes received and sent
这个参数表示了一个指定网卡接收和发送的数据包的字节数。
・Collisions per second
这个值提供了发生在指定网卡上的网络冲突的数量。持续的出现这个值代表在网络架构上出现了瓶颈，而不是在服务器端出现的问题。在正常配置的网络中冲突是非常少见的，除非用户的网络环境都是由hub组成。
・Packets dropped
这个值表示了被内核丢掉的数据包数量，可能是因为防火墙或者是网络缓存的缺乏。
・Overruns
Overruns表达了超出网络接口缓存的次数，这个参数应该和packets dropped值联系到一起来判断是否存在在网络缓存或者网络队列过长方面的瓶颈。
・Errors 这个值记录了标志为失败的帧的数量。这个可能由错误的网络配置或者部分网线损坏导致，在铜口千兆以太网环境中部分网线的损害是影响性能的一个重要因素。
(4)块设备参数
引用
・Iowait
CPU等待I/O操作所花费的时间。这个值持续很高通常可能是I/O瓶颈所导致的。
・Average queue length
I/O请求的数量，通常一个磁盘队列值为2到3为最佳情况，更高的值说明系统可能存在I/O瓶颈。
・Average wait
响应一个I/O操作的平均时间。Average wait包括实际I/O操作的时间和在I/O队列里等待的时间。
・Transfers per second
描述每秒执行多少次I/O操作(包括读和写)。Transfers per second的值与kBytes per second结合起来可以帮助你估计系统的平均传输块大小，这个传输块大小通常和磁盘子系统的条带化大小相符合可以获得最好的性能。
・Blocks read/write per second
这个值表达了每秒读写的blocks数量，在2.6内核中blocks是1024bytes，在早些的内核版本中blocks可以是不同的大小，从512bytes到4kb。
・Kilobytes per second read/write
按照kb为单位表示读写块设备的实际数据的数量。
❷ 负载均衡时linux下都采用哪些方法做存储
1、bond
bond是Linux内核自带的多网卡聚合功能。这个功能可以把多个网卡整合成一个虚拟网卡从而同时利用多块网卡传输数据。bond有多种不同的模式用以适应不同的情况。bond主要是从L2链路层考虑的，因此可以bond的网卡通常要连到同一个交换机上。
2、iproute2（ip命令）中的多路由
可以使用ip命令中的nexthop选项非常简单的实现负载均衡。nexthop可以为同一个目的地址指定多条路由，并可以指定每条路由的权重。之后系统会根据权重为数据选择某条路由。
例如：ip route add default nexthop via $P1 dev $IF1 weight 1 nexthop via $P2 dev $IF2 weight 1
这条命令定义默认路由有ip1：if1和ip2：if2两条路径，且这两条路径的权重相同。
利用ip命令实现上边这样简单的负载均衡是非常方便的，但是ip命令毕竟是一个网络层命令，因此它是无法根据运输层（端口号）进行负载均衡的。
3、iptables+iproute2
提起iptables大多数人都只用过其中的filter表和nat表，而对于mangle表则很少有人使用。然后使用mangle表是可以非常方便地实现灵活负载均衡的。
iptables的mangle表用来修改数据包的一些标识，可以修改的标识有：dscp（区分服务类型）、ToS（服务类型）、mark（标记）。前两者是ip头的QoS相关标志位，主要用于ip层的qos实现，但是目前这两个标志位极少被用到，通常都会被忽略。而第三个（mark）则是由linux内核实现的对数据包的标记。因为是由linux内核实现的，因此这个标记只能在本机使用，并非数据包的一部分，出了本机这个标记就不存在了。
iptables实现负载均衡主要是通过修改mark标记来实现。iproute2可以针对数据包的不同mark定义专门的策略路由表，因此我们可以把去往不同接口的路由写入适用不同mark的策略路由表中，之后linux就可以根据数据包的mark来决定数据包要走的路由了。
例如：
首先，为所有进入本机的目的端口号为25的tcp包打上“1”标记：
iptables -A PREROUTING -t mangle -p tcp --dport 25 -j MARK --set-mark 1
添加路由规则规定标记为1的数据包使用路由表200
ip rule add fwmark 1 table 200
在200路由表中添加路由
ip route add default via 192.168.1.1 dev ppp0 table 200
同理，为所有进入本机的目的端口号为80的tcp包打上“2”标记
iptables -A PREROUTING -t mangle -p tcp --dport 80 -j MARK --set-mark 2
添加相关路由，方法同上：
ip rule add fwmark 2 table 200
ip route add default via 192.168.2.1 dev wlan0 table 200
这样子一来以后所有的端口号为25的包都会走192.168.1.1 dev ppp0路由，而所有端口号为80的数据包则会走192.168.2.1
dev
wlan0路由，从而实现了针对端口号的负载均衡。同理，也可以利用iptables实现针对源（目的）地址、协议、接口的负载均衡，真的非常的方便。
4、tc
流量控制器TC（Traffic
Control）用于Linux内核的流量控制，它利用队列规定建立处理数据包的队列，并定义队列中的数据包被发送的方式，
从而实现对流量的控制。TC命令通过建立筛选器（filter）、分类器（class）、队列（qdisc）这三个对象来实现对流量的控制。具体的讲就是，通过筛选器决定哪些数据包进入到哪些分类的队列中，之后再按照一定的规则将数据包从各个分类的队列中发送出去。尽管tc的主要功能在于流量控制，但是我们可以通过把一个队列建立在多个网卡上来实现流量的负载均衡。
例如：
在eth1上建立一个队列：
tc qdisc add dev eth1 root teql0
在eth2上建立同样的队列
tc qdisc add dev eth2 root teql0
启动设备teql0
ip link set dev teql0 up
通过这三条命令，所有发往teql0的流量都会在eth1和eth2之间进行负载均衡发送。
应该说，tc是一个相当强大复杂的工具，但是tc的主要功能还是在于流量控制。
5、LVS
LVS（Linux virtual
machine）是一套集成在Linux内核中的负载均衡服务。LVS通过部署负载均衡服务器在网络层截获并修改报文并依据一定规则分发给服务器集群中服务器来实现负载均衡。LVS主要用于web服务器的负载均衡，通过LVS，用户的请求可以被调度到服务器集群的多个服务器上去，并且用户认为自己始终在跟唯一一台服务器进行通信。LVS与前边几种负载均衡技术最大的差别在于，LVS有非常具体的应用场景，即web服务器集群。
❸ linux 用户进程 可以抢占内核进程吗
1.2.1 调度过程中关闭内核抢占
我们在上一篇linux内核主调度器schele(文章链接, CSDN, Github)中在分析主调度器的时候, 我们会发现内核在进行调度之前都会通过preempt_disable关闭内核抢占, 而在完成调度工作后, 又会重新开启内核抢占
参见主调度器函数schele
do {
preempt_disable(); /* 关闭内核抢占 */
__schele(false); /* 完成调度 */
sched_preempt_enable_no_resched(); /* 开启内核抢占 */
} while (need_resched()); /* 如果该进程被其他进程设置了TIF_NEED_RESCHED标志，则函数重新执行进行调度 */123456123456
这个很容易理解, 我们在内核完成调度器过程中, 这时候如果发生了内核抢占, 我们的调度会被中断, 而调度却还没有完成, 这样会丢失我们调度的信息.
1.2.2 调度完成检查need_resched看是否需要重新调度
而同样我们可以看到, 在调度完成后, 内核会去判断need_resched条件, 如果这个时候为真, 内核会重新进程一次调度.
这个的原因, 我们在前一篇博客中, 也已经说的很明白了,
内核在thread_info的flag中设置了一个标识来标志进程是否需要重新调度, 即重新调度need_resched标识TIF_NEED_RESCHED, 内核在即将返回用户空间时会检查标识TIF_NEED_RESCHED标志进程是否需要重新调度，如果设置了，就会发生调度, 这被称为用户抢占
2 非抢占式和可抢占式内核
为了简化问题，我使用嵌入式实时系统uC/OS作为例子
首先要指出的是，uC/OS只有内核态，没有用户态，这和Linux不一样
多任务系统中, 内核负责管理各个任务, 或者说为每个任务分配CPU时间, 并且负责任务之间的通讯.
内核提供的基本服务是任务切换. 调度（Scheler）,英文还有一词叫dispatcher, 也是调度的意思.
这是内核的主要职责之一, 就是要决定该轮到哪个任务运行了. 多数实时内核是基于优先级调度法的, 每个任务根据其重要程度的不同被赋予一定的优先级. 基于优先级的调度法指，CPU总是让处在就绪态的优先级最高的任务先运行. 然而, 究竟何时让高优先级任务掌握CPU的使用权, 有两种不同的情况, 这要看用的是什么类型的内核, 是不可剥夺型的还是可剥夺型内核
2.1 非抢占式内核
非抢占式内核是由任务主动放弃CPU的使用权
非抢占式调度法也称作合作型多任务, 各个任务彼此合作共享一个CPU. 异步事件还是由中断服务来处理. 中断服务可以使一个高优先级的任务由挂起状态变为就绪状态.
但中断服务以后控制权还是回到原来被中断了的那个任务, 直到该任务主动放弃CPU的使用权时，那个高优先级的任务才能获得CPU的使用权。非抢占式内核如下图所示.
非抢占式内核的优点有
中断响应快(与抢占式内核比较)；
允许使用不可重入函数；
几乎不需要使用信号量保护共享数据, 运行的任务占有CPU，不必担心被别的任务抢占。这不是绝对的，在打印机的使用上，仍需要满足互斥条件。
非抢占式内核的缺点有
任务响应时间慢。高优先级的任务已经进入就绪态，但还不能运行，要等到当前运行着的任务释放CPU
非抢占式内核的任务级响应时间是不确定的，不知道什么时候最高优先级的任务才能拿到CPU的控制权，完全取决于应用程序什么时候释放CPU
2.2 抢占式内核
使用抢占式内核可以保证系统响应时间. 最高优先级的任务一旦就绪, 总能得到CPU的使用权。当一个运行着的任务使一个比它优先级高的任务进入了就绪态, 当前任务的CPU使用权就会被剥夺，或者说被挂起了，那个高优先级的任务立刻得到了CPU的控制权。如果是中断服务子程序使一个高优先级的任务进入就绪态，中断完成时，中断了的任务被挂起，优先级高的那个任务开始运行。
抢占式内核如下图所示
抢占式内核的优点有
使用抢占式内核，最高优先级的任务什么时候可以执行，可以得到CPU的使用权是可知的。使用抢占式内核使得任务级响应时间得以最优化。
抢占式内核的缺点有：
不能直接使用不可重入型函数。调用不可重入函数时，要满足互斥条件，这点可以使用互斥型信号量来实现。如果调用不可重入型函数时，低优先级的任务CPU的使用权被高优先级任务剥夺，不可重入型函数中的数据有可能被破坏。
3 linux用户抢占
3.1 linux用户抢占
当内核即将返回用户空间时, 内核会检查need_resched是否设置, 如果设置, 则调用schele()，此时，发生用户抢占.
3.2 need_resched标识
内核如何检查一个进程是否需要被调度呢?
内核在即将返回用户空间时检查进程是否需要重新调度，如果设置了，就会发生调度, 这被称为用户抢占, 因此内核在thread_info的flag中设置了一个标识来标志进程是否需要重新调度, 即重新调度need_resched标识TIF_NEED_RESCHED
并提供了一些设置可检测的函数
函数
描述
定义
set_tsk_need_resched 设置指定进程中的need_resched标志 include/linux/sched.h, L2920
clear_tsk_need_resched 清除指定进程中的need_resched标志 include/linux/sched.h, L2926
test_tsk_need_resched 检查指定进程need_resched标志 include/linux/sched.h, L2931
而我们内核中调度时常用的need_resched()函数检查进程是否需要被重新调度其实就是通过test_tsk_need_resched实现的, 其定义如下所示
// http://lxr.free-electrons.com/source/include/linux/sched.h?v=4.6#L3093
static __always_inline bool need_resched(void)
{
return unlikely(tif_need_resched());
}
// http://lxr.free-electrons.com/source/include/linux/thread_info.h?v=4.6#L106
#define tif_need_resched() test_thread_flag(TIF_NEED_RESCHED)1234567812345678
3.3 用户抢占的发生时机(什么时候需要重新调度need_resched)
一般来说，用户抢占发生几下情况：
从系统调用返回用户空间；
从中断(异常)处理程序返回用户空间
从这里我们可以看到, 用户抢占是发生在用户空间的抢占现象.
更详细的触发条件如下所示, 其实不外乎就是前面所说的两种情况: 从系统调用或者中断返回用户空间
时钟中断处理例程检查当前任务的时间片，当任务的时间片消耗完时，scheler_tick()函数就会设置need_resched标志；
信号量、等到队列、completion等机制唤醒时都是基于waitqueue的，而waitqueue的唤醒函数为default_wake_function，其调用try_to_wake_up将被唤醒的任务更改为就绪状态并设置need_resched标志。
设置用户进程的nice值时，可能会使高优先级的任务进入就绪状态；
改变任务的优先级时，可能会使高优先级的任务进入就绪状态；
新建一个任务时，可能会使高优先级的任务进入就绪状态；
对CPU(SMP)进行负载均衡时，当前任务可能需要放到另外一个CPU上运行
4 linux内核抢占
4.1 内核抢占的概念
对比用户抢占, 顾名思义, 内核抢占就是指一个在内核态运行的进程, 可能在执行内核函数期间被另一个进程取代.
4.2 为什么linux需要内核抢占
linux系统中, 进程在系统调用后返回用户态之前, 或者是内核中某些特定的点上, 都会调用调度器. 这确保除了一些明确指定的情况之外, 内核是无法中断的, 这不同于用户进程.
如果内核处于相对耗时的操作中, 比如文件系统或者内存管理相关的任务, 这种行为可能会带来问题. 这种情况下, 内核代替特定的进程执行相当长的时间, 而其他进程无法执行, 无法调度, 这就造成了系统的延迟增加, 用户体验到”缓慢”的响应. 比如如果多媒体应用长时间无法得到CPU, 则可能发生视频和音频漏失现象.
在编译内核时如果启用了对内核抢占的支持, 则可以解决这些问题. 如果高优先级进程有事情需要完成, 那么在启用了内核抢占的情况下, 不仅用户空间应用程序可以被中断, 内核也可以被中断,
linux内核抢占是在Linux2.5.4版本发布时加入的, 尽管使内核可抢占需要的改动特别少, 但是该机制不像抢占用户空间进程那样容易实现. 如果内核无法一次性完成某些操作(例如, 对数据结构的操作), 那么可能出现静态条件而使得系统不一致.
内核抢占和用户层进程被其他进程抢占是两个不同的概念, 内核抢占主要是从实时系统中引入的, 在非实时系统中的确也能提高系统的响应速度, 但也不是在所有情况下都是最优的，因为抢占也需要调度和同步开销，在某些情况下甚至要关闭内核抢占, 比如前面我们将主调度器的时候, linux内核在完成调度的过程中是关闭了内核抢占的.
内核不能再任意点被中断, 幸运的是, 大多数不能中断的点已经被SMP实现标识出来了. 并且在实现内核抢占时可以重用这些信息. 如果内核可以被抢占, 那么单处理器系统也会像是一个SMP系统
4.3 内核抢占的发生时机
要满足什么条件，kernel才可以抢占一个任务的内核态呢?
没持有锁。锁是用于保护临界区的，不能被抢占。
Kernel code可重入(reentrant)。因为kernel是SMP-safe的，所以满足可重入性。
内核抢占发生的时机，一般发生在：
当从中断处理程序正在执行，且返回内核空间之前。当一个中断处理例程退出，在返回到内核态时(kernel-space)。这是隐式的调用schele()函数，当前任务没有主动放弃CPU使用权，而是被剥夺了CPU使用权。
当内核代码再一次具有可抢占性的时候，如解锁（spin_unlock_bh）及使能软中断(local_bh_enable)等, 此时当kernel code从不可抢占状态变为可抢占状态时(preemptible again)。也就是preempt_count从正整数变为0时。这也是隐式的调用schele()函数
如果内核中的任务显式的调用schele(), 任务主动放弃CPU使用权
如果内核中的任务阻塞(这同样也会导致调用schele()), 导致需要调用schele()函数。任务主动放弃CPU使用权
内核抢占，并不是在任何一个地方都可以发生，以下情况不能发生
内核正进行中断处理。在Linux内核中进程不能抢占中断(中断只能被其他中断中止、抢占，进程不能中止、抢占中断)，在中断例程中不允许进行进程调度。进程调度函数schele()会对此作出判断，如果是在中断中调用，会打印出错信息。
内核正在进行中断上下文的Bottom Half(中断下半部，即软中断)处理。硬件中断返回前会执行软中断，此时仍然处于中断上下文中。如果此时正在执行其它软中断，则不再执行该软中断。
内核的代码段正持有spinlock自旋锁、writelock/readlock读写锁等锁，处干这些锁的保护状态中。内核中的这些锁是为了在SMP系统中短时间内保证不同CPU上运行的进程并发执行的正确性。当持有这些锁时，内核不应该被抢占。
内核正在执行调度程序Scheler。抢占的原因就是为了进行新的调度，没有理由将调度程序抢占掉再运行调度程序。
内核正在对每个CPU“私有”的数据结构操作(Per-CPU date structures)。在SMP中，对于per-CPU数据结构未用spinlocks保护，因为这些数据结构隐含地被保护了(不同的CPU有不一样的per-CPU数据，其他CPU上运行的进程不会用到另一个CPU的per-CPU数据)。但是如果允许抢占，但一个进程被抢占后重新调度，有可能调度到其他的CPU上去，这时定义的Per-CPU变量就会有问题，这时应禁抢占。
❹ Linux里面iptables怎么实现负载均衡
1. iptables实现负载均衡的方式：
在Linux中使用iptables完成tcp的负载均衡有两种模式：随机、轮询
The statistic mole support two different modes:
random:(随机)
the rule is skipped based on a probability
nth:（轮询）
the rule is skipped based on a round robin algorithm
2. example