【linux】非实时进程,实时进程, 优先级

Linux的进程分普通进程和实时进程，普通进程即非实时进程SCHED_OTHER或SCHED_NORMAL，而实时进程又分SCHED_FIFO与SCHED_RR，实时进程的优先级（0~99）都比普通进程的优先级（100~139）高，且直到死亡之前始终是活动进程，当系统中有实时进程运行时，普通进程几乎是无法分到时间片的（只能分到5%的CPU时间）。

1.调度策略

task_struct->unsigned long policy;指定调度策略

#define SCHED_NORMAL 0 //非实时进程，CFS

#define SCHED_FIFO 1 //实时进程，先进先出，它就一直运行直到退出，除非它阻塞才会释放CPU, 或被更高优先级的实时进程抢占。

#define SCHED_RR 2 //实时进程，基于优先级的轮回法（Round Robin），只有当它的时间片用完，内核会把它放到进程队列的末尾。

2.下面细述普通进程和实时进程及其优先级

内核代码中有下面4种优先级: dynamic priority (task_struct->prio), normal priority(task_struct->normal_prio), static priority，以及实时进程的rt_priority。

2.1 static priority

static priority的范围是100-139(MAX_RT_PRIO - MAX_PRIO-1)，

static priority Base Time Quantum(5ms ~ 800ms)

< 120 (140 - static priority) × 20

>= 120 (140 - static priority) × 5

静态优先级数值越大，进程的优先级越小，分配的基时间量就越少。

一个进程通常会继承其父进程的static priority。也可以通过系统调用nice()或者setpriority()指定。

内核2.6中的静态优先级相当于内核2.4中的nice值，但转到MAX_RT_PRIO到MAX_PRIO-1取值范围，其公式为：

static priority = nice + 20 + MAX_RT_PRIO

内核定义两个宏来实现此转化：nice_to_prio() and prio_to_nice()

#define NICE_TO_PRIO(nice) (MAX_RT_PRIO + (nice) + 20)

#define PRIO_TO_NICE(prio) ((prio) - MAX_RT_PRIO - 20)

读取进程nice值

#define TASK_NICE(p) PRIO_TO_NICE((p)->static_prio)

静态优先级决定了进程的权重,也就是进程虚拟时间增长的快慢？

# define scale_load(w) (w)

static void set_load_weight(struct task_struct *p)

{

int prio = p->static_prio - MAX_RT_PRIO;

struct load_weight *load = &p->se.load;

/*

* SCHED_IDLE tasks get minimal weight:

*/

if (p->policy == SCHED_IDLE) {

load->weight = scale_load(WEIGHT_IDLEPRIO);

load->inv_weight = WMULT_IDLEPRIO;

return;

}

load->weight = scale_load(prio_to_weight[prio]);

load->inv_weight = prio_to_wmult[prio];

}

p->static_prio - MAX_RT_PRIO，决定了进程优先级权重在prio_to_weight数组中的取值

static const int prio_to_weight[40] = {

/* -20 */ 88761, 71755, 56483, 46273, 36291,

/* -15 */ 29154, 23254, 18705, 14949, 11916,

/* -10 */ 9548, 7620, 6100, 4904, 3906,

/* -5 */ 3121, 2501, 1991, 1586, 1277,

/* 0 */ 1024, 820, 655, 526, 423,

/* 5 */ 335, 272, 215, 172, 137,

/* 10 */ 110, 87, 70, 56, 45,

/* 15 */ 36, 29, 23, 18, 15,

};

NICE_0_LOAD = 1024,是中间值。

2.2实时进程的rt_priority

除了dynamic priority, normal priority, static priority之外，每个实时进程都有一与其相关的实时优先级，取值范围0-MAX_RT_PRIO-1（0~99）。

其大小可以通过sched_setscheduler()和__setscheduler_params()来改变。

实时进程被一个进程替换，可能的情况有：

a)进程被拥有更高优先级的进程抢占。

b)进程发生阻塞进入睡眠状态。

c)进程被终止（状态为TASK_STOPPED OR TASK_TRACED）或者被杀死（EXIT_DEAD OR EXIT_ZOMBIE）。

d)进程通过调用sched_yield()自愿放弃处理器。

e)进程是轮回实时（SCHED_RR）且其时间片执行完毕。

f)当在SCHED_RR时调用nice()和set_priority()函数并不影响实时优先级，只会影响静态优先级（从而影响基时间片）。

2.3 normal priority和dynamic priority

dynamic priority (task_struct->prio), normal priority(task_struct->normal_prio)与static priority, rt_priority之间有着不可分割的联系。

static_prio是其他priority计算的开始。假定static_prio已经设置好，kernel通过effective_prio()来计算其他优先级。

p->prio = effective_prio(p);

kernel/sched/core.c

static int effective_prio(struct task_struct *p)

{

p->normal_prio = normal_prio(p);

/*

* If we are RT tasks or we were boosted to RT priority,

* keep the priority unchanged. Otherwise, update priority

* to the normal priority:

*/

if (!rt_prio(p->prio))

return p->normal_prio;

return p->prio;

}

static inline int normal_prio(struct task_struct *p)

{

int prio;

if (task_has_rt_policy(p))

prio = MAX_RT_PRIO-1 - p->rt_priority;

else

prio = __normal_prio(p);

return prio;

}

static inline int __normal_prio(struct task_struct *p)

{

return p->static_prio;

}

结合这三个函数看一下，task_has_rt_policy()用来区分进程是否是实时进程（）

如果进程是普通进程，那么normal_prio被设置为static_prio，（prio也等于static_prio？），dynamic priority = normal priority = static priority

如果进程是实时进程，那么normal_prio被设置成（MAX_RT_PRIO-1 - p->rt_priority），prio被设置成（MAX_RT_PRIO-1 - p->rt_priority）。

rt_priority的值越大，实时优先级越高。