进程优先级

进程的优先级有2种度量方法，一种是nice值，一种是实时优先级(RTPRIO)。
nice值的范围是-20~+19，值越大优先级越低，也就是说nice值为-20的进程优先级最大。
实时优先级（RTPRIO）的范围是0～99，与nice值的定义相反，实时优先级是值越大优先级越高。
实时进程都是一些对响应时间要求比较高的进程，因此系统中有实时优先级高的进程处于运行队列的话，它们会抢占一般的进程的运行时间。

进程的2种优先级会让人不好理解，到底哪个优先级更优先？一个进程同时有2种优先级怎么办？

对于第一个问题，到底哪个优先级更优先？答案是实时优先级高于nice值，在内核中，实时优先级的范围是 0～MAX_RT_PRIO-1。第二个但是进程不会同时拥有两个优先级。
MAX_RT_PRIO的定义参见include/linux/sched.h

 #define MAX_USER_RT_PRIO        100
 #define MAX_RT_PRIO             MAX_USER_RT_PRIO
 #define MAX_PRIO                (MAX_RT_PRIO + 40)

nice值在内核中的范围是 MAX_RT_PRIO～MAX_RT_PRIO+40 即 MAX_RT_PRIO～MAX_PRIO

基于时间片+优先级的调度

实现原理

确定每个进程能占用多少CPU时间(这里确定CPU时间的算法有很多，根据不同的需求会不一样)
占用CPU时间多的先运行
运行完后，扣除运行进程的CPU时间，再回到 1

例子

假设系统中只有3个进程ProcessA(NI=+10)，ProcessB(NI=0)，ProcessC(NI=-10)，NI表示进程的nice值，时间片=10ms

调度前，把进程优先级按一定的权重映射成时间片(这里假设优先级高一级相当于多5msCPU时间)。

假设ProcessA分配了一个时间片10ms，那么ProcessB的优先级比ProcessA高10(nice值越小优先级越高)，ProcessB应该分配10*5+10=60ms，以此类推，ProcessC分配20*5+10=110ms
开始调度时，优先调度分配CPU时间多的进程。
由于ProcessA(10ms),ProcessB(60ms),ProcessC(110ms)。显然先调度ProcessC
10ms(一个时间片)后，再次调度时，ProcessA(10ms),ProcessB(60ms),ProcessC(100ms)。ProcessC刚运行了10ms，所
以变成100ms。此时仍然先调度ProcessC
再调度4次后(4个时间片)，ProcessA(10ms),ProcessB(60ms),ProcessC(60ms)。
此时ProcessB和ProcessC的CPU时间一样，这时得看ProcessB和ProcessC谁在CPU运行队列的前面，假设ProcessB在前面，则调度ProcessB
10ms(一个时间片)后，ProcessA(10ms),ProcessB(50ms),ProcessC(60ms)。再次调度ProcessC
ProcessB和ProcessC交替运行，直至ProcessA(10ms)，ProcessB(10ms) ，ProcessC(10ms)。
这时得看ProcessA，ProcessB，ProcessC谁在CPU运行队列的前面就先调度谁。这里假设调度ProcessA
10ms(一个时间片)后，ProcessA(时间片用完后退出),ProcessB(10ms),ProcessC(10ms)。
再过2个时间片，ProcessB和ProcessC也运行完退出。

调度实现

2.6.23内核以后，采用了“完全公平调度算法”，简称CFS。CFS算法在分配每个进程的CPU时间时，不是分配给它们一个绝对的CPU时间，而是根据进程的优先级分配给它们一个占用CPU时间的百分比

Ubuntu Linux查询内核方式

uname -a
//查询结果
Linux ubuntu 5.4.0-40-generic #44-Ubuntu SMP Tue Jun 23 00:01:04 UTC 2020 x86_64 x86_64 x86_64 GNU/Linux

cat /proc/version
//结果
Linux version 5.4.0-40-generic (buildd@lcy01-amd64-011) (gcc version 9.3.0 (Ubuntu 9.3.0-10ubuntu2)) #44-Ubuntu SMP Tue Jun 23 00:01:04 UTC 2020

比如：ProcessA(NI=1)，ProcessB(NI=3)，ProcessC(NI=6)，在CFS算法中，分别占用CPU的百分比为：ProcessA(10%)，ProcessB(30%)，ProcessC(60%)。因为总共是100%，ProcessB的优先级是ProcessA的3倍，ProcessC的优先级是ProcessA的6倍。

Linux上的CFS算法主要有以下步骤

计算每个进程的vruntime，通过update_curr()函数更新进程的vruntime。
选择具有最小vruntime的进程投入运行。
进程运行完后，更新进程的vruntime，转入步骤2.

与系统有关的调用

与调度策略和进程优先级相关 (各种参数，优先级，时间片)

系统调用	描述
nice()	设置进程的nice值
sched_setscheduler()	设置进程的调度策略，即设置进程采取何种调度算法
sched_getscheduler()	与调度策略和进程优先级相关 (各种参数，优先级，时间片)获取进程的调度算法
sched_setparam()	设置进程的实时优先级
sched_getparam()	获取进程的实时优先级
sched_get_priority_max()	获取实时优先级的最大值，由于用户权限的问题，非root用户并不能设置实时优先级为99
sched_get_priority_min()	获取实时优先级的最小值，理由与上面类似
sched_rr_get_interval()	获取进程的时间片

与处理器相关

系统调用	描述
sched_setaffinity()	设置进程的处理亲和力，其实就是保存在task_struct中的cpu_allowed这个掩码标志。该掩码的每一位对应一个系统中可用的处理器，默认所有位都被设置，即该进程可以再系统中所有处理器上执行。用户可以通过此函数设置不同的掩码，使得进程只能在系统中某一个或某几个处理器上运行。
sched_getaffinity()	获取进程的对处理机的附着度
sched_yield()	暂时让出处理器

Linux优先级时间片调度