1. Planningsentiteiten:

* Processen: De fundamentele eenheid van planning. Elk proces krijgt een stukje CPU-tijd.

* Threads: Lichter dan processen en delen dezelfde geheugenruimte. Moderne planners behandelen threads op dezelfde manier als processen en plannen ze vaak onafhankelijk binnen een proces.

* Realtime processen (optioneel): Deze processen hebben strengere timingvereisten en kunnen voorrang hebben op andere processen. Ze worden beheerd door een afzonderlijk planningsmechanisme (bijvoorbeeld realtime planning).

2. Planningsalgoritmen (historisch en actueel):

Linux heeft zijn planningsalgoritmen in de loop van de tijd ontwikkeld. Vroege versies gebruikten eenvoudiger algoritmen, maar moderne kernels gebruiken een geavanceerde aanpak:

* Volledig eerlijke planner (CFS): Dit is de standaardplanner in moderne Linux-kernels (sinds 2.6.23). CFS streeft naar volledige eerlijkheid door elk proces een proportioneel deel van de CPU-tijd te geven op basis van zijn *gewicht*. Het maakt gebruik van een rood-zwarte boomdatastructuur om de uitvoerbare processen efficiënt te beheren en de volgende te selecteren die moet worden uitgevoerd. Het kernidee is om de looptijd van processen dynamisch aan te passen om eerlijkheid te garanderen.

* Andere planningsalgoritmen (historisch of niche): Hoewel CVS dominant is, bestaan ​​of hebben er andere algoritmen bestaan ​​voor specifieke behoeften (oudere systemen gebruikten bijvoorbeeld O(n)-planners, die minder efficiënt zijn dan de O(log n) van CVS).

3. Sleutelconcepten binnen CVS:

* Virtuele runtime (vruntime): CFS volgt de virtuele runtime van elk proces. Dit is een kunstmatige maatstaf voor hoeveel CPU-tijd een proces heeft verbruikt. Het wordt gebruikt om te bepalen welk proces het meest de CPU verdient. Een proces met een lagere vruntime wordt als eerste gepland.

* Gewichten: Aan processen kunnen gewichten worden toegewezen om hun aandeel in de CPU-tijd te beïnvloeden. Een hoger gewicht betekent een groter aandeel. Dit maakt het mogelijk om specifieke processen te prioriteren.

* Mooie waarden: Gebruikersruimte kan de prioriteiten van procesplanning beïnvloeden via *mooie* waarden. Een lagere nice-waarde (bijvoorbeeld -20) geeft een proces een hogere prioriteit, terwijl een hogere nice-waarde (bijvoorbeeld 19) het een lagere prioriteit geeft. Dit heeft invloed op het gewicht dat aan het proces wordt toegekend.

* Tijdsegmenten: Hoewel niet expliciet gedefinieerd, zoals in sommige oudere systemen, beheert CFS impliciet tijdsegmenten. Processen draaien totdat hun looptijd aangeeft dat ze een eerlijk deel hebben gehad. De lengte van een "timeslice" is dus dynamisch.

* Runwachtrij: Elke CPU-kern onderhoudt zijn eigen runqueue, een datastructuur die de processen gereed houdt om op die kern te draaien.

* Voorrang: CVS maakt gebruik van preventieve planning. Een proces met een hogere prioriteit kan op elk moment een proces met een lagere prioriteit onderbreken.

4. Interacties met andere kernelcomponenten:

De planner werkt nauw samen met andere delen van de kernel, waaronder:

* Onderbrekingsafhandeling: Interrupts kunnen contextwisselingen activeren, waardoor mogelijk het momenteel lopende proces wordt gewijzigd.

* Geheugenbeheer: De planner moet op de hoogte zijn van de geheugenstatus van processen om te voorkomen dat processen worden gepland die zijn geblokkeerd tijdens het wachten op geheugen.

* I/O-subsysteem: Wanneer een proces I/O-bewerkingen uitvoert (bijvoorbeeld lezen van een schijf), schakelt de planner over naar een ander proces. De planner werkt ook samen met de I/O-planner om de I/O-efficiëntie van de schijf te beheren.

5. Realtime planning:

Voor toepassingen die gegarandeerde responstijden vereisen (bijvoorbeeld industriële besturingssystemen), biedt Linux realtime planningsopties. Deze gebruiken doorgaans verschillende algoritmen (bijvoorbeeld deadlineplanning) die prioriteit geven aan realtime processen en de tijdige uitvoering ervan garanderen.

Samenvattend is de time-sharing-procesplanning van Linux een geavanceerd systeem dat op dynamische wijze eerlijkheid, efficiëntie en reactievermogen in evenwicht houdt. Het CFS-algoritme biedt, samen met de ondersteunende datastructuren en interacties met andere kernelcomponenten, een robuuste en adaptieve benadering voor het gelijktijdig beheren van meerdere processen. Het begrijpen van de nuances van CFS en ander planningsbeleid is cruciaal voor het optimaliseren van de prestaties en het gebruik van bronnen in Linux-systemen.