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如何理解Linux之进程优先级PR和NI

本篇内容主要讲解“如何理解Linux之进程优先级PR和NI”，感兴趣的朋友不妨来看看。本文介绍的方法操作简单快捷，实用性强。下面就让小编来带大家学习“如何理解Linux之进程优先级PR和NI”吧!

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    JDK中线程有优先级，0-10，１０表示优先级最大，而在Linux中则值最小表示优先级最高，优先级高的占用CPU的时间多。

    Linux中有PR和NI，在top命令的结果中就可以看到，如下图１是top的结果，可以看到NI和PR的列值:

如何理解Linux之进程优先级PR和NI

　　　　　　　图１

    先来搞清楚PR(priority)和NI(nice)值的区别

nice值

    这是一个反应进程优先级状态的值，范围在-20到19，即总共有40个值，值最小，优先级最高，默认值是0

nice值虽然不是priority值，但是它可以影响进程优先级

    nice值越低的进程抢占CPU的能力越强，而nice值越高的进程抢占CPU的能力越弱

    在原来O1调度的Linux上，nice值也叫静态优先级，一旦设置了，除非手动renice修改值，否则不会改变；在priority值在O1调度的Linux上，值是会变的，所以也叫动态优先级。

    在linux上，renice  10  pid，这样就可以将pid的那个进程的优先级设置为10，renice设置值的时候只能设置为值更大的值，比如之前的值是5，之后的值设置为10是可以的，但是设置为-10是不可以的，会报没有权限的错误，除非使用root用户。 

实时操作系统

    实时操作系统需要保证相关的实时进程在较短的时间内响应，不会有较长的延时，并且要求最小的中断延时和进程切换延时。对于这样的需求，一般的进程调度算法，无论是O1还是CFS都是无法满足的，所以内核在设计的时候，将实时进程单独映射了100个优先级，这些优先级都要高于正常进程的优先级(nice值)，而实时进程的调度算法也不同，它们采用更简单的调度算法来减少调度开销。

    由于实时进程，无论是O1还是CFS调度，都满足不了，所以给它们分配0-100的值优先级，使用简单的调度算法，来减少开销。

    实时进程和非实时进程的区分是通过优先级来区分的，0-99的都是实时进程，而100-139的都是非实时进程，NICE的-20~19对应着100~139，如果PR列中看到的是'rt'，那么说明这个任务/进程是realtime进程，即实时进程，有时候会看到PR的值不是数值，而是rt的。

    如下List-1中所示，policy options部分，系统给进程５种调度策略，这５中调度策略是给俩中进程使用的，实时进程：SCHED_FIFO、SCHED_RR，而对于非实时进程则是：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]   [...]
 chrt [options] --pid  

Get policy:
 chrt [options] -p 

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   runtime parameter for DEADLINE
 -P, --sched-period    period parameter for DEADLINE
 -D, --sched-deadline  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).

    系统的整体调度策略：

  1.     如果系统中存在要执行的实时进程，那么执行实时进程

  2.     直到实时进程退出或者主动让出CPU时，才会调度执行非实时进程

sched_fifo: 是实时进程的调度策略之一，使用FIFO的策略，在优先级一样的情况下，谁先进入队列那么那个先被调度

sched_rr: 是实时进程调度策略之一，使用时间分片的策略，默认是100ms，这种策略简单，适合实时进程延时小的特点

    Linux上更麻烦的是非实时调度策略，linux上很多进程都是非实时进程，它们的主要调度算法是O1和CFS调度策略

O1调度策略

    是2.6内核版本引入的，到2.6.63就被替换为CFS了

    命名为O1是因为它算法的时间复杂度是O1，使用时间分片思路来，将cpu的时间分为一小段一小段，每个进程占用一段时间分片，对于多核的来说，对每个cpu进行这样时间分片即可。优先级是怎么处理的呢：优先级高的时间分片占用多，反之占用少

CFS完全公平调度

    O1对多核、多CPU支持的不好，性能不好，此外linux内核还要加上cgroup的功能，所以被替换为了CFS，Linux在2.6.23之后开始启用CFS作为对一般优先级(SCHED_OTHER)进程调度方法

    CFS调度策略会收集虚拟时间，然后构建红黑树red-block tree，虚拟时间就是红黑树的key，所以虚拟时间越短的会在红黑树的最左边，查询的时间复杂度是Log(N)。

    大致是这样的，会根据当前进程的优先级和执行时间，来生成一个虚拟时间，对每个进程都是如此，最后构建红黑树，红黑树中左边的进程表示虚拟时间值小，表示大部分时候在占用cpu，而右边的进程表示虚拟时间大，当一个虚拟时间小的进程在占用cpu时，如果此时一个虚拟时间大的进程变得可运行，那么这个虚拟时间大的就会抢占cpu，即系统总是调度虚拟时间比较小的进程

 如何理解Linux之进程优先级PR和NI

                                                              图2

    多核cpu情况下，CFS是怎么优化性能的，每个cpu会维护一个调度队列，避免使用全局队列而出现争抢的锁问题，但是每个cpu一个队列之后，就有可能出现负载不均衡，所以系统需要定期对各个cpu队列进行平衡

    如下List-2中，使用chrt命令查看进程的优先级是0，调度算法是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
补充

    如果需要调度的进程个数为n，那么平均每个进程占用的CPU时间为sched_latency_ns／n。显然，每个进程实际占用的CPU时间会因为n的增大而减小。但是实现上不可能让它无限的变小，所以sched_min_granularity_ns的值也限定了每个进程可以获得的执行时间周期的最小值

    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：

    对于普通进程而言，PR=nice+20，所以默认情况下，创建的进程nice值是0，而PR值是20，比如默认的情况下java应用的PR就是20.

    对于rt进程，即实时进程，PR=-1-用户视角，所以有时候看到PR值是-51的进程，那么它实际对应的优先级是50，有时候看到PR的值是rt而不是数值，这种对应的优先级是99

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本文题目：如何理解Linux之进程优先级PR和NI
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