LINUX 进程优先级与调度策略

1. 调度策略

//https://android.googlesource.com/kernel/common/+/refs/heads/android-4.14/include/uapi/linux/sched.h
.......
/*
 * Scheduling policies
 */
#define SCHED_NORMAL		0
#define SCHED_FIFO		1
#define SCHED_RR		2
#define SCHED_BATCH		3
/* SCHED_ISO: reserved but not implemented yet */
#define SCHED_IDLE		5
#define SCHED_DEADLINE		6
/*    
0: 默认的调度策略，针对的是普通进程。
1：针对实时进程的先进先出调度。适合对时间性要求比较高但每次运行时间比较短的进程。
2：针对的是实时进程的时间片轮转调度。适合每次运行时间比较长得进程。
3：针对批处理进程的调度，适合那些非交互性且对cpu使用密集的进程。
SCHED_ISO：是内核的一个预留字段，目前还没有使用
5：适用于SCHED_DEADLINE优先级较低的后台进程。
6：SCHED_DEADLINED在规定的期限内cpu必须要花指定的时间在本进程上。

SCHED_NORMAL和SCHED_BATCH调度普通的非实时进程,
SCHED_FIFO和SCHED_RR和SCHED_DEADLINE则采用不同的调度策略调度实时进程,
SCHED_IDLE则在系统空闲时调用idle进程.
*/

可以通过chrt查看进程的调度策略和优先级

pencil: $ chrt -p 551
pid 551's current scheduling policy: SCHED_BATCH
pid 551's current scheduling priority: 0  #实时优先级，普通进程为0

pencil: $ chrt -p 511
pid 511's current scheduling policy: SCHED_FIFO
pid 511's current scheduling priority: 15 #实时进程优先级 1（优先级最低）～99（优先级最高）

2. 内核优先级表示

2.1 概述

内核使用0~139表示内部优先级, task_struct.prio 的数值越低, 优先级越高（注意：这里指的是 task_struct.prio ,还有其他优先级表示，注意区分）
实时优先级范围是 0 - MAX_RT_PRIO-1（即0 ~ 99）
普通进程的静态优先级范围是从 MAX_RT_PRIO - MAX_PRIO-1（即100~139），nice的值[-20,19]的映射的范围就是对应优先级的100 - 139，

优先级范围	描述
0——99	实时进程
100——139	非实时进程

贴下这部分的代码，内核里面有详尽的注释

https://elixir.bootlin.com/linux/v5.1.5/source/include/linux/sched/prio.h

#define MAX_NICE	19
#define MIN_NICE	-20
#define NICE_WIDTH	(MAX_NICE - MIN_NICE + 1)

/*
 * Priority of a process goes from 0..MAX_PRIO-1, valid RT
 * priority is 0..MAX_RT_PRIO-1, and SCHED_NORMAL/SCHED_BATCH
 * tasks are in the range MAX_RT_PRIO..MAX_PRIO-1. Priority
 * values are inverted: lower p->prio value means higher priority.
 
 * 这部分能看到SCHED_NORMAL/SCHED_BATCH的优先级在MAX_RT_PRIO..MAX_PRIO-1（100 ~ 139），
 * 即普通非实时进程。而p->prio越小优先级越高
 
 * The MAX_USER_RT_PRIO value allows the actual maximum
 * RT priority to be separate from the value exported to
 * user-space.  This allows kernel threads to set their
 * priority to a value higher than any user task. Note:
 * MAX_RT_PRIO must not be smaller than MAX_USER_RT_PRIO.
 */

#define MAX_USER_RT_PRIO	100
#define MAX_RT_PRIO		MAX_USER_RT_PRIO

#define MAX_PRIO		(MAX_RT_PRIO + NICE_WIDTH)
#define DEFAULT_PRIO		(MAX_RT_PRIO + NICE_WIDTH / 2)

/*
 * Convert user-nice values [ -20 ... 0 ... 19 ]
 * to static priority [ MAX_RT_PRIO..MAX_PRIO-1 ],
 * and back.
 看到NICE值对应的是MAX_RT_PRIO..MAX_PRIO-1
  [ -20 ... 0 ... 19 ] ~ [ MAX_RT_PRIO..MAX_PRIO-1 ]
 */

#define NICE_TO_PRIO(nice)	((nice) + DEFAULT_PRIO)
#define PRIO_TO_NICE(prio)	((prio) - DEFAULT_PRIO)

2.2 内核优先级表示

在内核task_struct中有四个字段表示优先级，分别是：static_prio，rt_priority，normal_prio，prio，这四种优先级需要注意 rt_priority 不是越小优先级越高，而是越大优先级越高，见下文

静态优先级	实时优先级	普通优先级	动态优先级
static_prio	rt_priority	normal_prio	prio

https://elixir.bootlin.com/linux/v5.1.5/source/include/linux/sched.h#L585
struct task_struct {
............
	int				recent_used_cpu;
	int				wake_cpu;
#endif
	int				on_rq;
	 /* prio: 动态优先级, 范围为100~139，与静态优先级和补偿(bonus)有关*/
	int				prio;
    /* static_prio: 静态优先级
     * static_prio = NICE_TO_PRIO(nice) = (nice) + DEFAULT_PRIO = (nice) + (MAX_RT_PRIO + NICE_WIDTH / 2)
     * 即：static_prio = 100 + nice + 20 
     * nice值为-20~19,所以static_prio值为100~139
     */
	int				static_prio;
    /* normal_prio: 动态优先级 */
	int				normal_prio;
    /* 实时进程优先级 1 ~ 99*/
	unsigned int			rt_priority;
	const struct sched_class	*sched_class;
............

prio

动态优先级

（1）值越小，进程优先级越高

（2）prio值为 -1 ~139

（3）调度器调度采用该优先级调度。该优先级会根据是否为实时进程采用下面的三个优先级来计算
static_prio

静态优先级

（1）值越小，进程优先级越高

（2）static_prio值为100~139，static_prio = nice + MAX_RT_PRIO + NICE_WIDTH / 2

（3）缺省值是 120

（4）用户空间可以通过nice()或者setpriority对该值进行修改。通过getpriority可以获取该值。

（5）新创建的进程会继承父进程的static priority。

normal_prio

动态优先级，

（1）值越小，进程优先级越高

（2）normal_prio值为 -1 ~139

（3）表示基于进程的静态优先级static_prio和调度策略计算出的优先级。普通进程static_prio = normal_prio

（4）进程fork时, 子进程会继承父进程的普通优先级

下面代码即为normal_prio计算方式

https://elixir.bootlin.com/linux/v5.1.5/source/kernel/sched/core.c#L820

/*
 * __normal_prio - return the priority that is based on the static prio
 */
static inline int __normal_prio(struct task_struct *p)
{
	return p->static_prio;
}

/*
 * Calculate the expected normal priority: i.e. priority
 * without taking RT-inheritance into account. Might be
 * boosted by interactivity modifiers. Changes upon fork,
 * setprio syscalls, and whenever the interactivity
 * estimator recalculates.
 */
static inline int normal_prio(struct task_struct *p)
{
	int prio;

	if (task_has_dl_policy(p))
		prio = MAX_DL_PRIO-1;
	else if (task_has_rt_policy(p))
		prio = MAX_RT_PRIO-1 - p->rt_priority;
	else
		prio = __normal_prio(p);
	return prio;
}

rt_priority

实时优先级

（1）用于表示实时进程优先级

（2）值越大，进程优先级越高

（3）rt_priority值为 0~99，0是普通进程，1～99是实时进程，99的优先级最高
为什么会有-1这个优先级？

-1 是 DEADLINE类进程来说固定值，采用EDF调度策略，即对应SCHED_DEADLINE这个策略。比RT进程和normal进程的优先级还要高，在规定的期限内，cpu必须要花指定的时间在本进程上。
为什么表示动态优先级需要两个值prio和normal_prio？

调度器会考虑的优先级则保存在prio. 由于在某些情况下内核需要暂时提高进程的优先级, 因此需要用prio表示. 由于这些改变不是持久的, 因此静态优先级static_prio和普通优先级normal_prio不受影响.

rt_priority数值越大, 实时进程优先级越高, rt_priority 与 prio 如何对应？

在内核代码里有时候会这样调整一个进程的优先级，这里sched_priority优先级指的是rt_priority，越大优先级越高

struct sched_param param = { .sched_priority = 2 };
	rv = sched_setscheduler(current, SCHED_RR, &param);

其转化代码在这块

prio = MAX_RT_PRIO-1 - p->rt_priority;

即：prio = 99 - rt_priority

static inline int normal_prio(struct task_struct *p)
{
	int prio;

	if (task_has_dl_policy(p))
		prio = MAX_DL_PRIO-1;
	else if (task_has_rt_policy(p))
		prio = MAX_RT_PRIO-1 - p->rt_priority; // 99 - rt_priority
	else
		prio = __normal_prio(p);
	return prio;
}

2.3 各个命令看到优先级

在用户空间，进程优先级有两种含义：nice value和scheduling priority。对于普通进程而言，进程优先级就是nice value，从-20（优先级最高）～19（优先级最低），通过修改nice value可以改变普通进程获取cpu资源的比例。随着实时需求的提出，进程又被赋予了另外一种属性scheduling priority，而这些进程被称为实时进程。实时进程的优先级的范围可以通过sched_get_priority_min和sched_get_priority_max，对于linux而言，实时进程的scheduling priority的范围是1（优先级最低）～99（优先级最高）。当然，普通进程也有scheduling priority，被设定为0。

ps

ps看到的优先级是越大优先级越高
systrace

越小优先级越高
top

小于99会标为RT，[100~149] --> [-20 ~ 19]
ps -e -o pri,rtprio,cmd

用户空间优先级

LINUX 进程优先级与调度策略

进程优先级查看

systrace 中看到的优先级是越小越高，

在ps -lA看到的优先级是越大优先级越高，ps看到0 - 39对应内核优先级中的100 - 139，而40 - 139 对应内核优先级中的RT优先级0 - 99，实时优先级是越大优先级越高

在内核设置实时调度策略 0~99 越大优先级越高

参考：

Linux进程优先级的处理–Linux进程的管理与调度(二十二)

Linux进程和线程的调度与优先级

Linux调度器：进程优先级

LINUX 进程优先级与调度策略

1. 调度策略

2. 内核优先级表示

2.1 概述

2.2 内核优先级表示

2.3 各个命令看到优先级

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