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文章专栏-Linux

前言：

进程优先级调度是操作系统中的一种调度机制，其核心是为每个进程分配一个 优先级（Priority），然后根据优先级的高低决定进程执行的顺序和时间。这种机制确保了关键任务（优先级高）能够及时执行，而不那么重要的任务（优先级低）可能需要等待。

优先级调度

进程优先级调度是操作系统用来决定 哪个进程优先占用 CPU 的机制。它通过给每个进程分配一个 优先级值，优先级高的进程比优先级低的进程更早被调度运行。这种机制在 资源有限 的情况下，能够确保关键任务及时完成，同时提高系统的运行效率。

• **优先级：**就是对资源访问优先的问题。
• **存在的理由：**是由于CPU的资源不足。

Linux 中的PRI和NI

在 Linux 系统中，PRI（Priority） 和 NI（Nice 值） 是两个与进程优先级相关的重要参数。它们共同影响进程在调度器中的调度顺序。以下是它们的关系和区别的详细说明：

ps -al | head - 1 ; ps ajx | grep <进程名>

PRI（Priority，优先级）

PRI 是进程的最终优先级值，由内核计算决定，直接影响调度器为进程分配 CPU 的顺序。

PRI 的范围

• 实时任务：范围为 1 到 99，数值越小，优先级越高。
• 普通任务：范围为 100 到 139，数值越小，优先级越高。

PRI 的计算公式

对于普通任务：

​ PRI=100+NI+动态调整值

• NI 是进程的 Nice 值。
• 动态调整值 是内核根据进程的运行情况动态计算的。

实时任务

实时任务的 PRI 只与其静态优先级有关，不会动态调整。

NI（Nice 值）

NI（Nice 值） 是用户空间设置的静态优先级，用于影响普通任务的 PRI。Nice 值的作用是调整进程的优先级，帮助用户控制某些任务的资源分配。

NI 的范围

Nice 值的范围为 -20 到 19：

nice > -20   nice < 19

• -20：最高优先级。
• 19：最低优先级。
• 默认值为 0。

NI 的作用

• Nice 值越低，进程优先级越高，进程更容易获得 CPU 时间。
• Nice 值越高，进程优先级越低，进程更少占用 CPU。

**调整NI值（nice） **

在 Linux 系统中，可以通过 top 命令的交互模式来修改正在运行进程的 nice 值。这是一个方便的方式，无需退出 top 界面即可调整优先级。

启动 top 命令：

top

你将看到系统中所有运行的进程列表。

找到目标进程：

• 在 top 的输出中找到需要调整 nice 值的进程 PID。
• 使用快捷键 / 可以进行搜索。例如输入进程名称后按回车即可定位。

选择修改进程优先级的选项：

• 按下 r 键，top 会提示你输入目标进程的 PID。

输入目标进程的 PID：

• 根据提示，输入你需要修改的进程号（PID），然后按回车。

设置新的 nice 值：

• top 会提示你输入新的 nice 值。
• 输入一个值（范围：-20 到 19），然后按回车。
• 例如：
  • 输入 -10 提高优先级（需要 root 权限）。
  • 输入 10 降低优先级。

# 1. top
# 2. 按r
# 3. 输入基进程的PID
# 4. 输入修改的nice值

验证修改：

• 在 top 界面中，找到对应的进程，检查其 NI 列（即 nice 值列）是否更新。

ps -al | head -1 && ps -al | grep <PID>or<进程名>

注意事项

• 提高优先级（降低 nice 值）可能导致其他进程的响应变慢，因此要谨慎操作。

• 普通用户尝试设置负值 nice（优先级提升）时，会提示权限不足。

执行

#普通用户的情况之下
1. top 2. r #设置nice值 
# 提示 permission denied

linux优先级调度策略

linux调度器的演变

Linux 调度器经历了多次改进，每次改进都更好地适应不同的应用场景：

1. O(n) 调度器（早期 Linux 内核）：简单但效率低。
2. O(1) 调度器（Linux 2.6 引入）：效率更高，但对实时性支持有限。
3. 完全公平调度器（CFS）（Linux 2.6.23 引入）：当前默认调度器，强调公平性和灵活性。

linux调度策略

Linux 内核为不同类型的任务设计了多种调度策略，分为实时调度策略和普通调度策略。

实时调度策略

• SCHED_FIFO（先入先出）
  • 适用于高优先级、对时延敏感的任务。
  • 任务按照优先级依次调度，高优先级任务运行时不会被抢占，除非更高优先级任务出现。
• SCHED_RR（轮转调度）
  • 在SCHED_FIFO基础上添加时间片机制，同一优先级的任务按时间片轮转。
  • 避免高优先级任务长期独占 CPU。

普通调度策略

• SCHED_NORMAL（完全公平调度，CFS）
  • 默认调度策略，适用于大多数用户进程。
  • 核心是模拟“理想处理器”，为每个任务公平分配 CPU 时间。
• SCHED_BATCH
  • 针对批处理任务设计，减少交互性以提高 CPU 利用率。
• SCHED_IDLE
  • 用于优先级最低的任务，仅在系统空闲时运行。

CFS 的核心机制(现行调度器)

CFS 的公平性由以下几个核心机制保证：

虚拟运行时间（vruntime）

• vruntime 是 CFS 的关键指标，用于表示一个任务已经消耗的“虚拟 CPU 时间”。

• 任务的 Nice 值

  决定 vruntime 的增长速度：

  • Nice 值低（优先级高）：vruntime 增长慢，任务获得更多调度机会。
  • Nice 值高（优先级低）：vruntime 增长快，任务获得较少调度机会。

计算公式：

 \text{vruntime\_delta} = \text{实际运行时间} \times \text{权重因子} \

CFS 使用 红黑树 作为数据结构管理所有可运行的任务：

• 红黑树的节点以任务的 vruntime 作为键值。
• 树顶节点（vruntime 最小的任务）优先获得调度。
• 任务完成一次时间片后，CFS 将更新该任务的 vruntime 并重新排序。

调度周期

CFS 按固定的时间间隔进行任务调度，每次调度会：

1. 选择 vruntime 最小的任务运行。
2. 更新任务的 vruntime。
3. 将任务重新插入红黑树。

time 作为键值。

• 树顶节点（vruntime 最小的任务）优先获得调度。
• 任务完成一次时间片后，CFS 将更新该任务的 vruntime 并重新排序。

调度周期

CFS 按固定的时间间隔进行任务调度，每次调度会：

1. 选择 vruntime 最小的任务运行。
2. 更新任务的 vruntime。
3. 将任务重新插入红黑树。