Linux系统进程调度

主要参考 ：Linux manual page - sched

自从linux内核2.6.23以来，默认的进程调度器就被设置为完全公平调度器（CFS，complete fair scheduler），取代了之前的O(1)调度器。

每个线程都有一个静态调度优先级，即 sched_priority 字段。

一个线程的调度策略决定了线程会被插入到同级静态优先级的线程队列的位置，以及它在队列中会怎样移动。

所有的调度都是可插入的，如果一个更高静态优先级的线程准备好了，现在运行中的线程就会被插入。而调度策略则仅仅影响了同样静态优先级的线程。

进程（线程）可以通过系统调用设置自身或者其他进程（线程）的调度策略。

其中 pid 为0时，设置自身的调度策略和参数。结构体 sched_attr 包含以下字段： size 、 sched_policy （即调度策略，具体会在下一节介绍）、 sched_flags 、 sched_nice 、 sched_runtime 、 sched_deadline 、 sched_period （最后三个为 SCHED_DEADLINE 相关的参数）。当设置成功，系统调用返回0；否则返回-1，并会设置 errno 。

普通进程： SCHED_OTHER / SCHED_BATCH / SCHED_IDLE

实时进程： SCHED_FIFO / SCHED_RR

特殊实时进程： SCHED_DEADLINE

静态优先级：Static_priority：对于普通进程，静态优先级为0；对于实时进程，静态优先级为1-99，99为最高优先级。

动态优先级：Dynamic_priority：仅对普通进程有用，取决于nice和一个动态调整的量（比如进程ready却没被调度，则增加）。

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：

nice（NI）和priority（PR），并不是同一个概念。

NICE值应该是熟悉Linux/UNIX的人很了解的概念了，它是反应一个进程“优先级”状态的值，其取值范围是-20至19，一共40个级别。这个值越小，表示进程”优先级”越高，而值越大“优先级”越低。nice值虽然不是priority，但是它确实可以影响进程的优先级。一般会把nice值叫做静态优先级，这也基本符合nice值的特点，就是当nice值设定好了之后，除非我们用renice去改它，否则它是不变的。

实用priority值表示PRI和PR值，或者叫动态优先级。priority的值在之前内核的O1调度器上表现是会变化的，所以也叫做动态优先级。在内核中，进程优先级的取值范围是通过一个宏定义的，这个宏的名称是MAX_PRIO，它的值为140。

而这个值又是由另外两个值相加组成的，一个是代表nice值取值范围的NICE_WIDTH宏，另一个是代表实时进程（realtime）优先级范围的MAX_RT_PRIO宏。

说白了就是，Linux实际上实现了140个优先级范围，取值范围是从0-139，这个值越小，优先级越高。nice值的-20到19，映射到实际的优先级范围是100-139。

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