浅析Linux下进程的调度策略与优先级

在 Linux 中，线程是由进程来实现的，可以认为线程就是一个轻量级的进程，因此，线程调度是按照进程调度的方式来进行的。这样设计，线程调度流程可以直接复用进程调度流程，没必要再设计一个进程内的线程调度器了。

在 Linux 中，进程调度器是基于进程的调度策略与调度优先级来决定调度哪个进程运行。

调度策略主要包括：

调度优先级的范围是 0~99，数值越大，表示优先级越高。

其中，SCHED_OTHER、SCHED_IDLE、SCHED_BACH 为非实时调度策略，其调度优先级为 0。而 SCHED_FIFO、SCHED_RR 是实时调度策略，其调度优先级范围为 1~99。

实时调度策略的进程总是比非实时调度策略的进程优先级高。

在 Linux 内部实现中，调度器会为每个可能的调度优先级维护一个可运行的进程列表，以最高优先级列表头部的进程作为下一次调度的进程，所有的调度都是抢占式的，如果一个具有更高调度优先级的进程转换为可运行状态，那么当前运行的进程将被强制进入其等待的队列中。

SCHED_OTHER

该调度策略是默认的 Linux 分时调度策略，该调度策略为非实时的，其调度优先级总是为 0。

对于该调度策略类型的进程，调度器是基于动态优先级来调度的。动态优先级跟属性 nice 有关，nice 的值会随着进程的运行时间而动态改变，以确保所有具有 SCHED_OTHER 策略的进程公平地得到调度。

在 Linux 中，nice 的值范围为-20 ~ +19，默认值为 0。nice 值越大，则优先级越低，因此相对较低 nice 值的进程可以获得更多的处理器时间。

通过命令 ps -el 查看系统中的进程列表，其中 NI 列就是进程对应的 nice 值。

使用 top 命令，看到的 NI 列也是进程的 nice 值。

调整 nice 值，可以通过 shell 命令 nice ，该命令可以按照指定的 nice 值运行 cmd ，命令的帮助信息为：

重新调整已运行进程的 nice 值，可通过 renice 命令实现，命令的帮助信息为：

另外，可以执行 top 命令，输入 r ，根据提示输入进程的 pid ，再输入 nice 数值，也可以调整进程的 nice 值。

SCHED_FIFO

该调度策略为先入先出调度策略，简单概括，就是一旦进程占用了 CPU，则一直运行，直到有更高优先级的任务抢占，或者进程自己放弃占用 CPU。

SCHED_RR

该调度策略为时间片轮转调度策略，该调度策略是基于 SCHED_FIFO 策略的演进，其在每个进程上增加一个时间片限制，当时间片使用完成后，调度器将该进程置于队列的尾端，放在尾端保证了所有具有相同调度优先级的进程的调度公平。

使用 top 命令，如果 PR 列的值为 RT ，则说明该进程采用的是实时调度策略，其调度策略为 SCHED_FIFO 或者 SCHED_RR，而对于非实时调度策略的进程，该列的值为 NI + 20 。

可以通过命令 ps -eo state,uid,pid,ppid,rtprio,time,comm 来查看进程对应的实时优先级，实时优先级位于 RTPRIO 列下，如果进程对应的列显示为 - ，说明该进程不是实时进程。

chrt 命令可以用来很简单地更改进程的调度策略与调度优先级。在 Linux 下查看 chrt 命令的帮助信息：

比如，获取某个进程的调度策略，使用如下命令：

在比如，设置某个进程的调度策略为 SCHED_FIFO，调度优先级为 70，使用如下命令：

调度策略值得是大家都在ready时，并且CPU已经被调度时，决定谁来运行，谁来被调度。

两者之间有一定矛盾。

响应的优化，意味着高优先级会抢占优先级，会花时间在上下文切换，会影响吞吐。

上下文切换的时间是很短的，几微妙就能搞定。上下文切换本身对吞吐并多大影响， 重要的是，切换后引起的cpu 的 cache miss.

每次切换APP, 数据都要重新load一次。

Linux 会尽可能的在响应与吞吐之间寻找平衡。比如在编译linux的时候，会让你选择 kernal features ->Preemption model.

抢占模型会影响linux的调度算法。

所以 ARM 的架构都是big+LITTLE， 一个很猛CPU+ 多个 性能较差的 CPU, 那么可以把I/O型任务的调度 放在 LITTLE CPU上。需要计算的放在big上。

早期2.6 内核将优先级划分了 0-139 bit的优先级。数值越低，优先级越高。0-99优先级 都是 RT（即时响应）的 ，100-139都是非RT的，即normal。

调度的时候 看哪个bitmap 中的 优先级上有任务ready。可能多个任务哦。

在普通优先级线程调度中，高优先级并不代表对低优先级的绝对优势。会在不同优先级进行轮转。

100 就是比101高，101也会比102高，但100 不会堵着101。

众屌丝进程在轮转时，优先级高的：

初始设置nice值为0，linux 会探测 你是喜欢睡眠，还是干活。越喜欢睡，linux 越奖励你，优先级上升（nice值减少）。越喜欢干活，优先级下降（nice值增加）。所以一个进程在linux中，干着干着 优先级越低，睡着睡着 优先级越高。

后期linux补丁中

红黑树，数据结构， 左边节点小于右边节点

同时兼顾了 CPU/IO 和 nice。

数值代表着 进程运行到目前为止的virtual runtime 时间。

（pyhsical runtime） / weight * 1024(系数)。

优先调度 节点值（vruntime）最小的线程。权重weight 其实有nice 来控制。

一个线程一旦被调度到，则物理运行时间增加，vruntime增加，往左边走。

weight的增加，也导致vruntime减小，往右边走。

总之 CFS让线程 从左滚到右，从右滚到左。即照顾了I/O(喜欢睡，分子小) 也 照顾了 nice值低（分母高）.所以 由喜欢睡，nice值又低的线程，最容易被调度到。

自动调整，无需向nice一样做出奖励惩罚动作，个人理解权重其实相当于nice

但是 此时 来一个 0-99的线程，进行RT调度，都可以瞬间秒杀你！因为人家不是普通的，是RT的!

一个多线程的进程中，每个线程的调度的策略 如 fifo rr normal, 都可以不同。每一个的优先级都可以不一样。

实验举例, 创建2个线程，同时开2个：

运行2次，创建两个进程

sudo renice -n -5(nice -5级别) -g(global)， 会明显看到 一个进程的CPU占用率是另一个的 3倍。

为什么cpu都已经达到200%，为什么系统不觉得卡呢？因为，我们的线程在未设置优先级时，是normal调度模式，且是 CPU消耗型 调度级别其实不高。

利用chrt工具，可以将进程 调整为 50 从normal的调度策略 升为RT （fifo）级别的调度策略，会出现：

chrt , nice renice 的调度策略 都是以线程为单位的，以上 设置的将进程下的所有线程进行设置nice值

线程是调度单位，进程不是，进程是资源封装单位！

两个同样死循环的normal优先级线程，其中一个nice值降低，该线程的CPU 利用率就会比另一个CPU的利用率高。

---