Linux的优先级说明

一、背景

在工作中，不少同学对nice，priority，schedue策略，实时优先级，普通进程优先级的概念混淆，导致最后的代码可能引入bug，本文将统一进行说明，部分内容参考网络大佬的文章 ，文末标记引用来源。

二、优先级的设定 API及关键结构体

设置调度策略，在linux上，FIFO和RR都是RT 调度策略

#include <pthread.h>
 
int pthread_attr_setschedpolicy(pthread_attr_t *attr, int policy);
int pthread_attr_getschedpolicy(const pthread_attr_t *attr, int *policy);
 
//policy: SCHED_FIFO, SCHED_RR, and SCHED_OTHER

设置线程优先级相关API

#include <pthread.h>
 
int pthread_attr_setschedparam(pthread_attr_t *attr, const struct sched_param *param);
int pthread_attr_getschedparam(const pthread_attr_t *attr, struct sched_param *param);
 
struct sched_param {
    int sched_priority;     /* Scheduling priority */
};

一个进程结构体中，优先级相关字段

struct task_struct {
	...
	int				prio;
	int				static_prio;
	int				normal_prio;
	unsigned int		        rt_priority;
	...
	unsigned int policy;
	...
};

这些优先级值的关系可以参考后面说明

三、Linux 优先级调度策略及优先级值的含义

不同调度策略的说明：

1. SCHED_OTHER 分时调度策略 （normal thread）
2. SCHED_FIFO 实时调度策略：先到先得，一旦占用cpu则一直运行，直到有更高优先级任务到达或自己放弃 （RT thread）
3. SCHED_RR 实时调度策略：时间片轮转。当进程的时间片用完，系统将重新分配时间片，并置于就绪队列尾。放在队列尾保证了所有具有相同优先级的RR任务的调度公平（RT thread）

不同优先级关系的说明

详细描述可以参考文末《Linux调度器：进程优先级》

简单的说，先要区分RT 优先级和normal 优先级：

用户空间下

RT 优先级：1~99 （值越大，优先级越高）

normal 优先级： nice 值从 -20(优先级最高) ~ 19（优先级最低） ，nice值是越小优先级越高，默认为0

内核空间中（会对normal和rt 线程优先级 nice值做归一化，对内核来讲都是一个个的task_struct，归一化有利于后面调度策略的计算和选择）

从用户空间的rt优先级值和normal线程的nice值看到，它们的定义似乎是相反的，一个越大代表优先级越高，一个越小优先级越高，怎么归一化呢，实际上内核中是用99 - rt 值进行了反转

normal_priority RT线程优先级：0~99 （注意这里的0~99 和用户空间真实设定的值是相反的关系，用户空间设置rt优先级99，这里就是0）

normal_priority normal线程优先级：100~139 （nice值为 -20，代表这里的100）

四、工具显示的优先级差异

常见的查看优先级方法：

top

ps -el

atop -s

实验一、一个普通进程下不同工具的显示结果

利用工具chrt来设置调度策略及优先级，如：sudo chrt -r 50 ./hello ---- 设置 SCHED_RR，优先级为50

top

ps -el

F S   UID     PID    PPID  C PRI  NI ADDR SZ WCHAN  TTY          TIME CMD
4 R     0    5352    5351 95   9   - -   660 -      pts/2    00:18:38 hello

atop -s

实验二、一个RT进程不同工具的显示结果

利用nice来调整，如：sudo nice -n 5 ./hello ---设置普通进程 nice值为5

top

ps -el

F S   UID     PID    PPID  C PRI  NI ADDR SZ WCHAN  TTY          TIME CMD
4 R     0    6917    6916 99  85   5 -   660 -      pts/2    00:00:07 hello

atop -s

这些工具显示同一个进程的优先级数值却大不相同，这些值怎么和API 设置的值对应起来？这些值只是工具计算的方式不同导致的，其中和当前内核/userspace设置比较匹配的是atop;

top 在普通进程default PR值是20, 根据nice值做调整，PR取值范围在0～39, 但是在表示rt thread时，全部都是负值， 为-1-rt, 从 -2 ～ -99（这里你会有疑问，rt的值是1～99,还有一个-100怎么没有？实际当rt=99时，这里的PR会显示rt）

ps -el 它的PRI 值取值范围是 -40 ～99 （和内核归一化的值0～139 有-40的差值）, 它的值实际和内核归一化的含义一致，只是有-40 的差值；

atop -s 的取值 PRI就是内核归一化的值， RTPR 在线程为rt线程时，显示为用户api设置的值，当为normal线程时为0；

五、总结

linux 下不同工具显示的优先级数值，不同的展示方式给开发者带来了困扰，再叠加用户空间设置优先级值，调度策略，以及内核侧又重新进行了归一化操作，部分工具显示的内核归一化的值，导致这些概念数值困扰了开发者，这里将工具的差异做了一个总结：

上面表中的rt值和nice值均为用户空间设置的值

参考资源：

Linux调度器：进程优先级

articles/20230802-linux-sched-api.md · aosp-riscv/working-group - Gitee.com

https://mp.weixin.qq.com/s/44Gamu17Vkl77OGV2KkRmQ