如何理解Linux之進程優先級PR和NI

本篇內容主要講解“如何理解Linux之進程優先級PR和NI”，感興趣的朋友不妨來看看。本文介紹的方法操作簡單快捷，實用性強。下面就讓小編來帶大家學習“如何理解Linux之進程優先級PR和NI”吧!

    JDK中線程有優先級，0-10，１０表示優先級最大，而在Linux中則值最小表示優先級最高，優先級高的占用CPU的時間多。

    Linux中有PR和NI，在top命令的結果中就可以看到，如下圖１是top的結果，可以看到NI和PR的列值:

　　　　　　　　　　　　　　　　　　圖１

    先來搞清楚PR(priority)和NI(nice)值的區別

nice值

    這是一個反應進程優先級狀態的值，范圍在-20到19，即總共有40個值，值最小，優先級最高，默認值是0

nice值雖然不是priority值，但是它可以影響進程優先級

    nice值越低的進程搶占CPU的能力越強，而nice值越高的進程搶占CPU的能力越弱

    在原來O1調度的Linux上，nice值也叫靜態優先級，一旦設置了，除非手動renice修改值，否則不會改變；在priority值在O1調度的Linux上，值是會變的，所以也叫動態優先級。

    在linux上，renice  10  pid，這樣就可以將pid的那個進程的優先級設置為10，renice設置值的時候只能設置為值更大的值，比如之前的值是5，之后的值設置為10是可以的，但是設置為-10是不可以的，會報沒有權限的錯誤，除非使用root用戶。 

實時操作系統

    實時操作系統需要保證相關的實時進程在較短的時間內響應，不會有較長的延時，并且要求最小的中斷延時和進程切換延時。對于這樣的需求，一般的進程調度算法，無論是O1還是CFS都是無法滿足的，所以內核在設計的時候，將實時進程單獨映射了100個優先級，這些優先級都要高于正常進程的優先級(nice值)，而實時進程的調度算法也不同，它們采用更簡單的調度算法來減少調度開銷。

    由于實時進程，無論是O1還是CFS調度，都滿足不了，所以給它們分配0-100的值優先級，使用簡單的調度算法，來減少開銷。

    實時進程和非實時進程的區分是通過優先級來區分的，0-99的都是實時進程，而100-139的都是非實時進程，NICE的-20~19對應著100~139，如果PR列中看到的是'rt'，那么說明這個任務/進程是realtime進程，即實時進程，有時候會看到PR的值不是數值，而是rt的。

    如下List-1中所示，policy options部分，系統給進程５種調度策略，這５中調度策略是給倆中進程使用的，實時進程：SCHED_FIFO、SCHED_RR，而對于非實時進程則是：SCHED_OTHER、SCHED_OTHER、SCHED_IDLE。

    List-1

mjduan@dmj:/mnt/sdb1/doc/minedoc$ chrt --help
Show or change the real-time scheduling attributes of a process.

Set policy:
 chrt [options] <priority> <command> [<arg>...]
 chrt [options] --pid <priority> <pid>

Get policy:
 chrt [options] -p <pid>

Policy options:
 -b, --batch          set policy to SCHED_BATCH
 -d, --deadline       set policy to SCHED_DEADLINE
 -f, --fifo           set policy to SCHED_FIFO
 -i, --idle           set policy to SCHED_IDLE
 -o, --other          set policy to SCHED_OTHER
 -r, --rr             set policy to SCHED_RR (default)

Scheduling options:
 -R, --reset-on-fork       set SCHED_RESET_ON_FORK for FIFO or RR
 -T, --sched-runtime <ns>  runtime parameter for DEADLINE
 -P, --sched-period <ns>   period parameter for DEADLINE
 -D, --sched-deadline <ns> deadline parameter for DEADLINE

Other options:
 -a, --all-tasks      operate on all the tasks (threads) for a given pid
 -m, --max            show min and max valid priorities
 -p, --pid            operate on existing given pid
 -v, --verbose        display status information

 -h, --help           display this help
 -V, --version        display version

For more details see chrt(1).

    系統的整體調度策略：

1.     如果系統中存在要執行的實時進程，那么執行實時進程

2.     直到實時進程退出或者主動讓出CPU時，才會調度執行非實時進程

sched_fifo: 是實時進程的調度策略之一，使用FIFO的策略，在優先級一樣的情況下，誰先進入隊列那么那個先被調度

sched_rr: 是實時進程調度策略之一，使用時間分片的策略，默認是100ms，這種策略簡單，適合實時進程延時小的特點

    Linux上更麻煩的是非實時調度策略，linux上很多進程都是非實時進程，它們的主要調度算法是O1和CFS調度策略

O1調度策略

    是2.6內核版本引入的，到2.6.63就被替換為CFS了

    命名為O1是因為它算法的時間復雜度是O1，使用時間分片思路來，將cpu的時間分為一小段一小段，每個進程占用一段時間分片，對于多核的來說，對每個cpu進行這樣時間分片即可。優先級是怎么處理的呢：優先級高的時間分片占用多，反之占用少

CFS完全公平調度

    O1對多核、多CPU支持的不好，性能不好，此外linux內核還要加上cgroup的功能，所以被替換為了CFS，Linux在2.6.23之后開始啟用CFS作為對一般優先級(SCHED_OTHER)進程調度方法

    CFS調度策略會收集虛擬時間，然后構建紅黑樹red-block tree，虛擬時間就是紅黑樹的key，所以虛擬時間越短的會在紅黑樹的最左邊，查詢的時間復雜度是Log(N)。

    大致是這樣的，會根據當前進程的優先級和執行時間，來生成一個虛擬時間，對每個進程都是如此，最后構建紅黑樹，紅黑樹中左邊的進程表示虛擬時間值小，表示大部分時候在占用cpu，而右邊的進程表示虛擬時間大，當一個虛擬時間小的進程在占用cpu時，如果此時一個虛擬時間大的進程變得可運行，那么這個虛擬時間大的就會搶占cpu，即系統總是調度虛擬時間比較小的進程

                                                              圖2

    多核cpu情況下，CFS是怎么優化性能的，每個cpu會維護一個調度隊列，避免使用全局隊列而出現爭搶的鎖問題，但是每個cpu一個隊列之后，就有可能出現負載不均衡，所以系統需要定期對各個cpu隊列進行平衡

    如下List-2中，使用chrt命令查看進程的優先級是0，調度算法是CFS

    List-2

mjduan@dmj:/mnt/sdb1/doc/minedoc$ jps
26960 Main
12642 Jps
27090 Main
890 RemoteJdbcServer
31980 Launcher
mjduan@dmj:/mnt/sdb1/doc/minedoc$ chrt -p 27090
pid 27090's current scheduling policy: SCHED_OTHER
pid 27090's current scheduling priority: 0
mjduan@dmj:/mnt/sdb1/doc/minedoc$ chrt -p 890
pid 890's current scheduling policy: SCHED_OTHER
pid 890's current scheduling priority: 0

補充

    如果需要調度的進程個數為n，那么平均每個進程占用的CPU時間為sched_latency_ns／n。顯然，每個進程實際占用的CPU時間會因為n的增大而減小。但是實現上不可能讓它無限的變小，所以sched_min_granularity_ns的值也限定了每個進程可以獲得的執行時間周期的最小值

    List-3

mjduan@dmj:/mnt/sdb1/doc/minedoc$ cat /proc/sys/kernel/sched_latency_ns 
3000000
mjduan@dmj:/mnt/sdb1/doc/minedoc$ cat /proc/sys/kernel/sched_min_granularity_ns 
300000

注意：

    對于普通進程而言，PR=nice+20，所以默認情況下，創建的進程nice值是0，而PR值是20，比如默認的情況下java應用的PR就是20.

    對于rt進程，即實時進程，PR=-1-用戶視角，所以有時候看到PR值是-51的進程，那么它實際對應的優先級是50，有時候看到PR的值是rt而不是數值，這種對應的優先級是99

到此，相信大家對“如何理解Linux之進程優先級PR和NI”有了更深的了解，不妨來實際操作一番吧！這里是億速云網站，更多相關內容可以進入相關頻道進行查詢，關注我們，繼續學習！