Erlang 英文原文：How Erlang does scheduling

在本文里，我将说明Erlang为什么会与其它语言的运行时有所不同，还将说明它为什么总是用放弃吞吐量来换取更小的延时。

摘要: Erlang与其它语言的差异源于，双方有着不同的目标价值。我们常常发现Erlang在进程不多时表现不佳，反而在进程很多时表现优异，原因也在于此。

长久以来，关于Erlang调度的问题总是被人们问起。这篇文章虽然对真实的情况有所省略，但是大家仍然可以将它看作是针对这个问题的解答。需要留意的是，我在这里是基于Erlang R15来写这篇文章的。所以，如果你是一位来自未来的读者，那么文章里的情况可能会跟你目前的现状有所不同。不过，一般来说，未来总是会变得更好，无论是Erlang，还是其它的什么东东，不是么？ Erlang一般在计算机的每个核心上运行一个线程，这个线程就是调度者。这么做，是为了确保计算机的所有核心都能为Erlang工作。核心可以通过+sbt标识绑定到调度者上，这样一来，调度者就无法在多个核心间“跳来跳去”。这个标识只能用于现代操作系统上，所以OSX是不能用的。这也意味着，Erlang系统是了解处理器布局及相互关系的，这些信息对缓存、迁移时间等都非常重要。+sbt标识往往可以加速系统的运行，有时甚至可以大大地加速。

+A标识是为异步线程池定义线程数。驱动程序可以利用这个池子来阻塞某个操作，而调度者仍然可以继续做有用的工作。需要注意的是，这个线程池可以被文件驱动利用，以加速文件I/O，但不能加速网络I/O。

目前为止，我们讨论的都是OS内核层面的东西，当然也需要介绍一下Erlang(用户域)进程。当调用spawn时，系统会构建一个新进程，具体来说，是在用户域(userland)为它分配一个进程控制块。它的大小一般为600+字节，32位和64位系统下有所不同。系统将可运行的进程放入调度者的运行队列，当它们获得时间片时即可运行。

在详细介绍调度者之前，我想要先说明一下迁移的原理。进程偶尔会在调度者之间进行迁移，这是一个非常复杂的过程。它的目的是为了平衡所有调度者的负荷，保证所有核心能被有效地利用。但算法同时也会考虑工作是否多到要启动新的调度者，如果没有，它会保持调度器仍然处于关闭状态，这也意味着相应的核心可以进入节电模式并保持关闭。没错，Erlang会尽量省电。调度者们也可以在无工可开的情况下从别人那里「偷」工作。详情可参看[1]。 重点: 在R15中，调度者的启停是有延迟的。意思是说，Erlang/OTP认为调度者的启停很昂贵，只有它认为真正需要启停的时候才会去做这件事。比方说，现在某个调度者的情况是无工可开。但Erlang不会马上让它入睡，而是先让它继续跑一会，看看有没有新工作进来。如果恰好有，那就可以很快开工了，这样可以做到非常小的延时。但另一方面，这也意味着我们不能用top(1)和OS内核来衡量系统的效率，而必须用Erlang系统的内部调用来确定。许多人之所以认为R15比R14差，就是因为这个原因。 每个调度者运行着两类作业: 进程作业和端口作业。它们运行的时候也带优先级，类似于操作系统内核。我们可以将某个进程标识为高优先级、低优先级或其它优先级。进程作业执行的是进程。端口作业处理的是端口。Erlang中的“端口”是系统与外界通信的机制，文件、网络socket、通往其它程序的管道，都是端口。程序员可以通过加入“端口驱动”，以支持新类型的端口，不过那需要写C代码。调度者还可以轮询网络socket，从中读取数据。 普通进程和端口进程都有2000个运行次数限制,任何系统操作都会消耗这个限制, 包括循环调用,内置函数调用,垃圾回收,ets的读取,发送消息(接受者的邮箱信息越多,发送的成本越高).这真是无处不在. btw, erlang的正则库已经被改进,甚至用c写, 所以如果你长时间的进行正则运算, 对你不利并会占用消耗几个限制次数. port也是. 在ports上做io操作消耗限制,发送分布消息也是. 大量的限制消耗以保证任何进程都有一定的运行次数.

由于以上的原因，我认为Erlang是真正执行抢占式多任务处理的语言之一，也是正确理解软实时概念的语言之一。同时，Erlang对时延看得比吞吐量更重，这在编程语言里也是不多见的。

更精确地来说，抢占，指的是调度者可以强制让某个任务停止执行。所有基于协作的语言和系统，包括Python、Node.js、LWT(Ocaml)等等，都无法做到这一点。更有趣的是，即使Go(golang.org)和Haskell(GHC)也不完全是抢占式的。Go只在通信时切换上下文，因此只需一个密集的循环即可独占某个核心。GHC则是在内存分配时切换(在Haskell程序中十分常见)。这些系统的问题在于，对核心的独占会影响整个系统的时延，大家可以想象一下在这些语言里执行数组操作的情形。

这就是软实时[3]，即当定时失败时系统性能会急剧下降。比如说，在运行队列里共有100个进程。第一个进程执行的是数组操作，需要花费50ms。那么，如果是Go和Haskell/GHC[n3]的话，第2-100个进程就至少要50ms后才能完成。而如果换成Erlang，第一个任务只会得到2000个reduction，相当于1ms。当1ms过去后，系统就会把它放到队列尾部，换后面的任务来运行。所有的任务都能公平地分到属于自己的那一份时间。 本文中的所有译文仅用于学习和交流目的，转载请务必注明文章译者、出处、和本文链接。 2KB翻译工作遵照 CC 协议，如果我们的工作有侵犯到您的权益，请及时联系我们。

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