面试题：C语言Linux多进程资源竞争与系统调度优化

分析思路

进程调度策略：
- SCHED_FIFO：先进先出调度策略，适用于对响应时间敏感且执行时间较短的实时任务。它会让进程一直运行直到主动放弃CPU或被更高优先级进程抢占。在项目中，若有任务对实时性要求极高，如处理关键的传感器数据等，可设置为该策略，优先获得CPU资源。
- SCHED_RR：时间片轮转调度策略，同样用于实时任务。每个进程分配一个时间片，时间片用完后，进程进入队列尾部等待下次调度。对于一些执行时间稍长但又需保证公平性的实时任务，此策略较为合适，能防止某个进程长时间占用CPU，确保各实时进程都有机会执行。
优化资源分配算法：
- 内存：可采用更合理的内存分配算法，如伙伴系统算法，减少内存碎片，提高内存利用率。同时，对于进程的内存申请进行监控和限制，避免某个进程过度占用内存。
- I/O：可以使用异步I/O技术，允许进程在进行I/O操作时继续执行其他任务，减少I/O等待时间。还可以对I/O请求进行排序和合并，提高磁盘I/O效率。
利用内核性能分析工具（perf）：
- perf 能收集系统性能数据，如CPU使用率、缓存命中率、函数调用次数等。通过分析这些数据，可以定位性能瓶颈所在，例如哪个进程占用CPU时间过长，哪个函数在内存访问上存在问题等，从而有针对性地进行优化。

优化步骤

进程调度策略调整：
- 确定任务优先级：分析项目中各进程的功能和实时性需求，确定每个进程的优先级。例如，数据采集进程优先级高于数据处理进程。
- 设置调度策略：在代码中使用 sched_setscheduler 函数设置进程的调度策略和优先级。示例代码如下：

#include <sched.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>

int main() {
    struct sched_param param;
    param.sched_priority = 50; // 设置优先级
    if (sched_setscheduler(0, SCHED_FIFO, &param) == -1) {
        perror("sched_setscheduler");
        return 1;
    }
    return 0;
}

资源分配算法优化：
- 内存优化：
  - 引入内存池技术，预先分配一块较大内存，进程需要时从内存池中获取，使用完毕后归还，减少频繁的系统调用。
  - 使用 mallopt 函数调整 malloc 的行为，如设置 M_TRIM_THRESHOLD 来控制内存的收缩。
- I/O优化：
  - 对于磁盘I/O，使用 aio_read 和 aio_write 进行异步I/O操作。示例代码如下：

#include <aio.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>

int main() {
    struct aiocb my_aiocb;
    // 初始化aiocb结构
    my_aiocb.aio_fildes = open("test.txt", O_RDONLY);
    my_aiocb.aio_buf = malloc(1024);
    my_aiocb.aio_nbytes = 1024;
    my_aiocb.aio_offset = 0;
    if (aio_read(&my_aiocb) == -1) {
        perror("aio_read");
        return 1;
    }
    while (aio_error(&my_aiocb) == EINPROGRESS);
    ssize_t ret = aio_return(&my_aiocb);
    free(my_aiocb.aio_buf);
    close(my_aiocb.aio_fildes);
    return 0;
}

    - 对I/O请求进行排序，例如按照磁盘块号排序，减少磁盘寻道时间。

3. 性能分析与优化： - 使用perf采集数据：在终端执行 perf record -g./your_program，运行项目程序，perf 会记录程序运行过程中的性能数据。 - 分析数据：执行 perf report，查看性能报告，找出占用CPU时间长的函数、缓存命中率低的区域等性能瓶颈。 - 针对性优化：根据分析结果，优化代码，如减少函数调用次数、优化算法、调整数据结构等。然后重复性能分析和优化步骤，直到达到满意的性能提升。

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面试题：C语言Linux多进程资源竞争与系统调度优化

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优化步骤