淺析Linux下進(jìn)程的調(diào)度策略與優(yōu)先級(jí)

在 Linux 中，線程是由進(jìn)程來(lái)實(shí)現(xiàn)的，可以認(rèn)為線程就是一個(gè)輕量級(jí)的進(jìn)程，因此，線程調(diào)度是按照進(jìn)程調(diào)度的方式來(lái)進(jìn)行的。這樣設(shè)計(jì)，線程調(diào)度流程可以直接復(fù)用進(jìn)程調(diào)度流程，沒必要再設(shè)計(jì)一個(gè)進(jìn)程內(nèi)的線程調(diào)度器了。

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在 Linux 中，進(jìn)程調(diào)度器是基于進(jìn)程的調(diào)度策略與調(diào)度優(yōu)先級(jí)來(lái)決定調(diào)度哪個(gè)進(jìn)程運(yùn)行。

調(diào)度策略主要包括：

調(diào)度優(yōu)先級(jí)的范圍是 0~99，數(shù)值越大，表示優(yōu)先級(jí)越高。

其中，SCHED_OTHER、SCHED_IDLE、SCHED_BACH 為非實(shí)時(shí)調(diào)度策略，其調(diào)度優(yōu)先級(jí)為 0。而 SCHED_FIFO、SCHED_RR 是實(shí)時(shí)調(diào)度策略，其調(diào)度優(yōu)先級(jí)范圍為 1~99。

實(shí)時(shí)調(diào)度策略的進(jìn)程總是比非實(shí)時(shí)調(diào)度策略的進(jìn)程優(yōu)先級(jí)高。

在 Linux 內(nèi)部實(shí)現(xiàn)中，調(diào)度器會(huì)為每個(gè)可能的調(diào)度優(yōu)先級(jí)維護(hù)一個(gè)可運(yùn)行的進(jìn)程列表，以最高優(yōu)先級(jí)列表頭部的進(jìn)程作為下一次調(diào)度的進(jìn)程，所有的調(diào)度都是搶占式的，如果一個(gè)具有更高調(diào)度優(yōu)先級(jí)的進(jìn)程轉(zhuǎn)換為可運(yùn)行狀態(tài)，那么當(dāng)前運(yùn)行的進(jìn)程將被強(qiáng)制進(jìn)入其等待的隊(duì)列中。

SCHED_OTHER

該調(diào)度策略是默認(rèn)的 Linux 分時(shí)調(diào)度策略，該調(diào)度策略為非實(shí)時(shí)的，其調(diào)度優(yōu)先級(jí)總是為 0。

對(duì)于該調(diào)度策略類型的進(jìn)程，調(diào)度器是基于動(dòng)態(tài)優(yōu)先級(jí)來(lái)調(diào)度的。動(dòng)態(tài)優(yōu)先級(jí)跟屬性 nice 有關(guān)，nice 的值會(huì)隨著進(jìn)程的運(yùn)行時(shí)間而動(dòng)態(tài)改變，以確保所有具有 SCHED_OTHER 策略的進(jìn)程公平地得到調(diào)度。

在 Linux 中，nice 的值范圍為-20 ~ +19，默認(rèn)值為 0。nice 值越大，則優(yōu)先級(jí)越低，因此相對(duì)較低 nice 值的進(jìn)程可以獲得更多的處理器時(shí)間。

通過(guò)命令 ps -el 查看系統(tǒng)中的進(jìn)程列表，其中 NI 列就是進(jìn)程對(duì)應(yīng)的 nice 值。

使用 top 命令，看到的 NI 列也是進(jìn)程的 nice 值。

調(diào)整 nice 值，可以通過(guò) shell 命令 nice ，該命令可以按照指定的 nice 值運(yùn)行 cmd ，命令的幫助信息為：

重新調(diào)整已運(yùn)行進(jìn)程的 nice 值，可通過(guò) renice 命令實(shí)現(xiàn)，命令的幫助信息為：

另外，可以執(zhí)行 top 命令，輸入 r ，根據(jù)提示輸入進(jìn)程的 pid ，再輸入 nice 數(shù)值，也可以調(diào)整進(jìn)程的 nice 值。

SCHED_FIFO

該調(diào)度策略為先入先出調(diào)度策略，簡(jiǎn)單概括，就是一旦進(jìn)程占用了 CPU，則一直運(yùn)行，直到有更高優(yōu)先級(jí)的任務(wù)搶占，或者進(jìn)程自己放棄占用 CPU。

SCHED_RR

該調(diào)度策略為時(shí)間片輪轉(zhuǎn)調(diào)度策略，該調(diào)度策略是基于 SCHED_FIFO 策略的演進(jìn)，其在每個(gè)進(jìn)程上增加一個(gè)時(shí)間片限制，當(dāng)時(shí)間片使用完成后，調(diào)度器將該進(jìn)程置于隊(duì)列的尾端，放在尾端保證了所有具有相同調(diào)度優(yōu)先級(jí)的進(jìn)程的調(diào)度公平。

使用 top 命令，如果 PR 列的值為 RT ，則說(shuō)明該進(jìn)程采用的是實(shí)時(shí)調(diào)度策略，其調(diào)度策略為 SCHED_FIFO 或者 SCHED_RR，而對(duì)于非實(shí)時(shí)調(diào)度策略的進(jìn)程，該列的值為 NI + 20 。

可以通過(guò)命令 ps -eo state,uid,pid,ppid,rtprio,time,comm 來(lái)查看進(jìn)程對(duì)應(yīng)的實(shí)時(shí)優(yōu)先級(jí)，實(shí)時(shí)優(yōu)先級(jí)位于 RTPRIO 列下，如果進(jìn)程對(duì)應(yīng)的列顯示為 - ，說(shuō)明該進(jìn)程不是實(shí)時(shí)進(jìn)程。

chrt 命令可以用來(lái)很簡(jiǎn)單地更改進(jìn)程的調(diào)度策略與調(diào)度優(yōu)先級(jí)。在 Linux 下查看 chrt 命令的幫助信息：

比如，獲取某個(gè)進(jìn)程的調(diào)度策略，使用如下命令：

在比如，設(shè)置某個(gè)進(jìn)程的調(diào)度策略為 SCHED_FIFO，調(diào)度優(yōu)先級(jí)為 70，使用如下命令：

Linux系統(tǒng)的進(jìn)程調(diào)度

Linux進(jìn)程調(diào)度

1．調(diào)度方式

Linux系統(tǒng)的調(diào)度方式基本上采用“ 搶占式優(yōu)先級(jí) ”方式，當(dāng)進(jìn)程在用戶模式下運(yùn)行時(shí)，不管它是否自愿，核心在一定條件下（如該進(jìn)程的時(shí)間片用完或等待I/O）可以暫時(shí)中止其運(yùn)行，而調(diào)度其他進(jìn)程運(yùn)行。一旦進(jìn)程切換到內(nèi)核模式下運(yùn)行時(shí)，就不受以上限制，而一直運(yùn)行下去，僅在重新回到用戶模式之前才會(huì)發(fā)生進(jìn)程調(diào)度。

Linux系統(tǒng)中的調(diào)度基本上繼承了UNIX系統(tǒng)的 以優(yōu)先級(jí)為基礎(chǔ) 的調(diào)度。也就是說(shuō)，核心為系統(tǒng)中每個(gè)進(jìn)程計(jì)算出一個(gè)優(yōu)先級(jí)，該優(yōu)先級(jí)反映了一個(gè)進(jìn)程獲得CPU使用權(quán)的資格，即高優(yōu)先級(jí)的進(jìn)程優(yōu)先得到運(yùn)行。核心從進(jìn)程就緒隊(duì)列中挑選一個(gè)優(yōu)先級(jí)最高的進(jìn)程，為其分配一個(gè)CPU時(shí)間片，令其投入運(yùn)行。在運(yùn)行過(guò)程中，當(dāng)前進(jìn)程的優(yōu)先級(jí)隨時(shí)間遞減，這樣就實(shí)現(xiàn)了“負(fù)反饋”作用，即經(jīng)過(guò)一段時(shí)間之后，原來(lái)級(jí)別較低的進(jìn)程就相對(duì)“提升”了級(jí)別，從而有機(jī)會(huì)得到運(yùn)行。當(dāng)所有進(jìn)程的優(yōu)先級(jí)都變?yōu)?（最低）時(shí)，就重新計(jì)算一次所有進(jìn)程的優(yōu)先級(jí)。

2．調(diào)度策略

Linux系統(tǒng)針對(duì)不同類別的進(jìn)程提供了3種不同的調(diào)度策略，即SCHED_FIFO、SCHED_RR及SCHED_OTHER。其中，SCHED_FIFO適合于 短實(shí)時(shí)進(jìn)程 ，它們對(duì)時(shí)間性要求比較強(qiáng)，而每次運(yùn)行所需的時(shí)間比較短。一旦這種進(jìn)程被調(diào)度且開始運(yùn)行，就一直運(yùn)行到自愿讓出CPU或被優(yōu)先級(jí)更高的進(jìn)程搶占其執(zhí)行權(quán)為止。

SCHED_RR對(duì)應(yīng)“時(shí)間片輪轉(zhuǎn)法”，適合于每次運(yùn)行需要 較長(zhǎng)時(shí)間的實(shí)時(shí)進(jìn)程 。一個(gè)運(yùn)行進(jìn)程分配一個(gè)時(shí)間片（200 ms），當(dāng)時(shí)間片用完后，CPU被另外進(jìn)程搶占，而該進(jìn)程被送回相同優(yōu)先級(jí)隊(duì)列的末尾，核心動(dòng)態(tài)調(diào)整用戶態(tài)進(jìn)程的優(yōu)先級(jí)。這樣，一個(gè)進(jìn)程從創(chuàng)建到完成任務(wù)后終止，需要經(jīng)歷多次反饋循環(huán)。當(dāng)進(jìn)程再次被調(diào)度運(yùn)行時(shí)，它就從上次斷點(diǎn)處開始繼續(xù)執(zhí)行。

SCHED_OTHER是傳統(tǒng)的UNIX調(diào)度策略，適合于交互式的 分時(shí)進(jìn)程 。這類進(jìn)程的優(yōu)先級(jí)取決于兩個(gè)因素：一個(gè)是進(jìn)程剩余時(shí)間配額，如果進(jìn)程用完了配給的時(shí)間，則相應(yīng)優(yōu)先級(jí)降到0；另一個(gè)是進(jìn)程的優(yōu)先數(shù)nice，這是從UNIX系統(tǒng)沿襲下來(lái)的方法，優(yōu)先數(shù)越小，其優(yōu)先級(jí)越高。nice的取值范圍是-20 19。用戶可以利用nice命令設(shè)定進(jìn)程的nice值。但一般用戶只能設(shè)定正值，從而主動(dòng)降低其優(yōu)先級(jí)；只有特權(quán)用戶才能把nice的值設(shè)置為負(fù)數(shù)。進(jìn)程的優(yōu)先級(jí)就是以上二者之和。

后臺(tái)命令對(duì)應(yīng)后臺(tái)進(jìn)程（又稱后臺(tái)作業(yè)）。后臺(tái)進(jìn)程的優(yōu)先級(jí)低于任何交互（前臺(tái)）進(jìn)程的優(yōu)先級(jí)。所以，只有當(dāng)系統(tǒng)中當(dāng)前不存在可運(yùn)行的交互進(jìn)程時(shí)，才調(diào)度后臺(tái)進(jìn)程運(yùn)行。后臺(tái)進(jìn)程往往按批處理方式調(diào)度運(yùn)行。

3．調(diào)度時(shí)機(jī)

核心進(jìn)行進(jìn)程調(diào)度的時(shí)機(jī)有以下5種情況：

（1）當(dāng)前進(jìn)程調(diào)用系統(tǒng)調(diào)用nanosleep( )或者pause( )，使自己進(jìn)入睡眠狀態(tài)，主動(dòng)讓出一段時(shí)間的CPU的使用權(quán)。

（2）進(jìn)程終止，永久地放棄對(duì)CPU的使用。

（3）在時(shí)鐘中斷處理程序執(zhí)行過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)當(dāng)前進(jìn)程連續(xù)運(yùn)行的時(shí)間過(guò)長(zhǎng)。

（4）當(dāng)喚醒一個(gè)睡眠進(jìn)程時(shí)，發(fā)現(xiàn)被喚醒的進(jìn)程比當(dāng)前進(jìn)程更有資格運(yùn)行。

（5）一個(gè)進(jìn)程通過(guò)執(zhí)行系統(tǒng)調(diào)用來(lái)改變調(diào)度策略或者降低自身的優(yōu)先級(jí)（如nice命令），從而引起立即調(diào)度。

4．調(diào)度算法

進(jìn)程調(diào)度的算法應(yīng)該比較簡(jiǎn)單，以便減少頻繁調(diào)度時(shí)的系統(tǒng)開銷。Linux執(zhí)行進(jìn)程調(diào)度時(shí)，首先查找所有在就緒隊(duì)列中的進(jìn)程，從中選出優(yōu)先級(jí)最高且在內(nèi)存的一個(gè)進(jìn)程。如果隊(duì)列中有實(shí)時(shí)進(jìn)程，那么實(shí)時(shí)進(jìn)程將優(yōu)先運(yùn)行。如果最需要運(yùn)行的進(jìn)程不是當(dāng)前進(jìn)程，那么當(dāng)前進(jìn)程就被掛起，并且保存它的現(xiàn)場(chǎng)—— 所涉及的一切機(jī)器狀態(tài)，包括程序計(jì)數(shù)器和CPU寄存器等，然后為選中的進(jìn)程恢復(fù)運(yùn)行現(xiàn)場(chǎng)。

（二）Linux常用調(diào)度命令

· nohup命令

nohup命令的功能是以忽略掛起和退出的方式執(zhí)行指定的命令。其命令格式是：

nohup　command?。踑rguments］

其中，command是所要執(zhí)行的命令，arguments是指定命令的參數(shù)。

nohup命令告訴系統(tǒng)，command所代表的命令在執(zhí)行過(guò)程中不受任何結(jié)束運(yùn)行的信號(hào)（hangup和quit）的影響。例如，

$ nohup find / -name exam.txt -printf1

find命令在后臺(tái)運(yùn)行。在用戶注銷后，它會(huì)繼續(xù)運(yùn)行：從根目錄開始，查找名字是exam.txt的文件，結(jié)果被定向到文件f1中。

如果用戶沒有對(duì)輸出進(jìn)行重定向，則輸出被附加到當(dāng)前目錄的nohup.out文件中。如果用戶在當(dāng)前目錄中不具備寫權(quán)限，則輸出被定向到$HOME/nohup.out 中。

· at命令

at命令允許指定命令執(zhí)行的時(shí)間。at命令的常用形式是：

at　time　command

其中，time是指定命令command在將來(lái)執(zhí)行時(shí)的時(shí)間和日期。時(shí)間的指定方法有多種，用戶可以使用絕對(duì)時(shí)間，也可以用相對(duì)時(shí)間。該指定命令將以作業(yè)形式在后臺(tái)運(yùn)行。例如：

$ at 15:00 Oct 20

回車后進(jìn)入接收方式，接著鍵入以下命令：

mail -s "Happy Birthday!" liuzheny

按下D鍵，屏幕顯示：

job 862960800.a at Wed Oct 20 15:00:00 CST 1999

$

表明建立了一個(gè)作業(yè)，其作業(yè)ID號(hào)是862960800.a，運(yùn)行作業(yè)的時(shí)間是1999年10月20日下午3:00，給liuzheny發(fā)一條標(biāo)題為“Happy Birthday！”（生日快樂）的空白郵件。

利用 at　-l 可以列出當(dāng)前at隊(duì)列中所有的作業(yè)。

利用 at　-r 可以刪除指定的作業(yè)。這些作業(yè)以前由at或batch命令調(diào)度。例如，

at　-r　862960797.a

將刪除作業(yè)ID號(hào)是862960797.a的作業(yè)。其一般使用形式是：

at　-r　job_id

注意，結(jié)尾是.a的作業(yè)ID號(hào)，表示這個(gè)作業(yè)是由at命令提交的；結(jié)尾是.b的作業(yè)ID號(hào)，表示這個(gè)作業(yè)是由batch命令提交的。

· batch命令

batch命令不帶任何參數(shù)，它提交的作業(yè)的優(yōu)先級(jí)比at命令提交的作業(yè)的優(yōu)先級(jí)低。batch無(wú)法指定作業(yè)運(yùn)行的時(shí)間。實(shí)際運(yùn)行時(shí)間要看系統(tǒng)中已經(jīng)提交的作業(yè)數(shù)量。如果系統(tǒng)中優(yōu)先級(jí)較高的作業(yè)比較多，那么，batch提交的作業(yè)則需要等待；如果系統(tǒng)空閑，則運(yùn)行batch提交的作業(yè)。例如，

$ batch

回車后進(jìn)入接收方式，接著鍵入命令：

find / -name exam.txt -print

按下D。退出接收方式，屏幕顯示：

job 862961540.b at Thu Nov 18 14:30:00 CST 1999

表示find命令被batch作為一個(gè)作業(yè)提交給系統(tǒng)，作業(yè)ID號(hào)是862961540.b。如果系統(tǒng)當(dāng)前空閑，這個(gè)作業(yè)被立即執(zhí)行，其結(jié)果同樣作為郵件發(fā)送給用戶。

· jobs命令

jobs命令用來(lái)顯示當(dāng)前shell下正在運(yùn)行哪些作業(yè)（即后臺(tái)作業(yè)）。例如：

$ jobs

[2] + Running tar tv3 *

[1] - Running find / -name README -print logfile

$

其中，第一列方括號(hào)中的數(shù)字表示作業(yè)序號(hào)，它是由當(dāng)前運(yùn)行的shell分配的，而不是由操作系統(tǒng)統(tǒng)一分配的。在當(dāng)前shell環(huán)境下，第一個(gè)后臺(tái)作業(yè)的作業(yè)號(hào)為1，第二個(gè)作業(yè)的作業(yè)號(hào)為2，等等。

第二列中的“ ”號(hào)表示相應(yīng)作業(yè)的優(yōu)先級(jí)比“－”號(hào)對(duì)應(yīng)作業(yè)的優(yōu)先級(jí)高。

第三列表明作業(yè)狀態(tài)，是否為運(yùn)行、中斷、等待輸入或停止等。

最后列出的是創(chuàng)建當(dāng)前這個(gè)作業(yè)所對(duì)應(yīng)的命令行。

利用 jobs　-l 形式，可以在作業(yè)號(hào)后顯示出相應(yīng)進(jìn)程的PID。如果想只顯示相應(yīng)進(jìn)程的PID，不顯示其它信息，則使用 jobs　-p 形式。

· fg命令

fg命令把指定的后臺(tái)作業(yè)移到前臺(tái)。其使用格式是：

fg [job…]

其中，參數(shù)job是一個(gè)或多個(gè)進(jìn)程的PID，或者是命令名稱或者作業(yè)號(hào)（前面要帶有一個(gè)“%”號(hào)）。例如：

$ jobs

[2] + Running tar tv3 *

[1] - Running find / -name README -print logfile

$ fg %find

find / -name README -print logfile

注意，顯示的命令行末尾沒有“”符號(hào)。下面命令能產(chǎn)生同樣的效果：

$ fg %1

這樣，find命令對(duì)應(yīng)的進(jìn)程就在前臺(tái)執(zhí)行。當(dāng)后臺(tái)只有一個(gè)作業(yè)時(shí)，鍵入不帶參數(shù)的fg命令，就能使相應(yīng)進(jìn)程移到前臺(tái)。當(dāng)有兩個(gè)或更多的后臺(tái)作業(yè)時(shí)，鍵入不帶參數(shù)的fg，就把最后進(jìn)入后臺(tái)的進(jìn)程首先移到前臺(tái)。

· bg命令

bg命令可以把前臺(tái)進(jìn)程換到后臺(tái)執(zhí)行。其使用格式是：

bg [job…]

其中，job是一個(gè)或多個(gè)進(jìn)程的PID、命令名稱或者作業(yè)號(hào)，在參數(shù)前要帶“%”號(hào)。例如，在cc（C編譯命令）命令執(zhí)行過(guò)程中，按下Z鍵，使這個(gè)作業(yè)掛起。然后鍵入以下命令：

$ bg %cc

該掛起的作業(yè)在后臺(tái)重新開始執(zhí)行。

linux查看線程優(yōu)先級(jí)命令

用top或者ps -l查看進(jìn)程會(huì)發(fā)現(xiàn)有PR(PRI) NI兩個(gè)字段：

NI 是優(yōu)先值，是用戶層面的概念， PR是進(jìn)程的實(shí)際優(yōu)先級(jí)， 是給內(nèi)核（kernel）看（用）的。

一般情況下，PR=NI+20, 如果一個(gè)進(jìn)程的優(yōu)先級(jí)PR是20， 那么它的NI(nice)值就是20-20=0。

進(jìn)程調(diào)度優(yōu)先級(jí)是從-20到19，一共40個(gè)級(jí)別，數(shù)字越大，表示進(jìn)程的優(yōu)先級(jí)越低。默認(rèn)時(shí)候，進(jìn)程的優(yōu)先級(jí)是0。查看進(jìn)程優(yōu)先級(jí)有兩個(gè)辦法：ps和top。top命令顯示的NI列的值?；蛘呖梢允褂胮s -efl來(lái)查看，也是在ni列表示了進(jìn)程的優(yōu)先級(jí)?！禠inux就該這么學(xué)》 一起學(xué)習(xí)，進(jìn)程的優(yōu)先級(jí)可以在程序運(yùn)行的時(shí)候設(shè)置，也可以在程序運(yùn)行過(guò)程中動(dòng)態(tài)的修改。