- 作者: 雪山肥鱼
- 时间：20210523 08:21
- 目的：进程之间的调度
# 调度
# 吞吐与响应
# I/O消耗型 vs CPU 消耗型
# 调度器：优先级数组和Bitmaps
## RT 策略
## 100 - 139 普通线程调度
# 普通线程的奖励与惩罚
## CFS 公平调度
## 优先级相关的系统调用
### chrt 与 renice命令
调度
调度策略值得是大家都在ready时，并且CPU已经被调度时，决定谁来运行，谁来被调度。
与在睡眠的进程无关.png
吞吐 与 响应
图片.png
- 响应
最小化某个任务的响应时间，哪怕牺牲其他的任务为代价 - 吞吐
全局视野，整个系统的workload 被最大优化。解决系统的负载任务，时间都花在了有用功上。
两者之间有一定矛盾。
响应的优化，意味着高优先级会抢占优先级，会花时间在上下文切换，会影响吞吐。
上下文切换的时间是很短的，几微妙就能搞定。上下文切换本身对吞吐并多大影响，重要的是，切换后引起的cpu 的 cache miss.
每次切换APP, 数据都要重新load一次。
Linux 会尽可能的在响应与吞吐之间寻找平衡。比如在编译linux的时候，会让你选择 kernal features -> Preemption model.
抢占模型会影响linux的调度算法。
1. No forced Preemption (Server) -- 服务器追求是同一段时间，能供提供更大的流量，更大的吞吐，并不需要多高的响应
2. Voluntary Kernal Preemption (Desktop) -- 与3 类似，但不能抢内核，只能内核自己放弃CPU
3. Preemptible kernal (Low-Latency Desktop) -- 手机与桌面，需要响应快，连内核都能抢
I/O 消耗型 vs CPU 消耗型
- I/O消耗型: CPU利用率低， 进程的运行效率主要受限于I/O速度
CPU 花 1ms 去发送指令，等待dma，花了100ms，这样往复循环。不需要CPU有多强。
关心的是及时拿到CPU。但是拿的慢，那么反应就慢
I/O消耗型的调度，是比CPU消耗型多的。
比如在编安卓，中间点一下鼠标，要优先点击鼠标。 - CPU消耗型：多数时间花在CPU上面 做 运算
big+Little.png
所以 ARM 的架构都是big+LITTLE， 一个很猛CPU+ 多个 性能较差的 CPU, 那么可以把I/O型任务的调度 放在 LITTLE CPU上。需要计算的放在big上。
调度器: 优先级数组和 Bitmaps
调度器设计.png
早期2.6 内核将优先级划分了 0-139 bit的优先级。数值越低，优先级越高。0-99优先级 都是 RT（即时响应）的 ，100-139都是非RT的，即normal。
调度的时候 看哪个bitmap 中的 优先级上有任务ready。可能多个任务哦。
RT 策略
- SCHED_FIFO
不同优先级按照优先级高的跑到睡眠，优先级低的再跑，同等优先级先进先出 - SCHED_RR（Round Robin）
不同优先级按照优先级高的先跑到睡眠，优先级低的再跑，同等优先级轮转，你跑一会，我跑一会。
RT 中RR 和 FIFO也会互相抢占，谁优先级高就可以抢其他的
100-139 普通线程调度
- nice 调度策略
100 优先级 对应的 nice值 -20 越靠前，越优先调度，越坏
139 优先级 对应的 nice 值 19 越靠后，让出优先调度，越nice
在普通优先级线程调度中，高优先级并不代表对低优先级的绝对优势。会在不同优先级进行轮转。
100 就是比101高，101也会比102高，但100 不会堵着101。
众屌丝进程在轮转时，优先级高的：
- 会占有更多的时间片，大家转的时候，优先级高的会多转一会
- 从睡眠态醒来，会去抢优先级低的，再去和优先级低的进程一起轮转。
比喻：
等级100的屌丝有10块钱，分给101，5快，101 再给102 1块。。。
普通线程的奖励与惩罚
初始设置nice值为0，linux 会探测 你是喜欢睡眠，还是干活。越喜欢睡，linux 越奖励你，优先级上升（nice值减少）。越喜欢干活，优先级下降（nice值增加）。所以一个进程在linux中，干着干着 优先级越低，睡着睡着 优先级越高。
后期linux补丁中
- /proc/sys/kernel/sched_rt_period_us
- /proc/sys/kernel/sched_rt_runtime_us
比如：0 -99 RT 优先级的线程 ，1s内 只能跑0.95秒，剩下的给屌丝进程一点汤喝。
普通线程的改良 ：CFS 公平调度
CFS算法.png
红黑树，数据结构， 左边节点小于右边节点
同时兼顾了 CPU/IO 和 nice。
数值代表着 进程运行到目前为止的virtual runtime 时间。
权重计算.png
（pyhsical runtime） / weight * 1024(系数)。
优先调度 节点值（vruntime）最小的线程。权重weight 其实有nice 来控制。
一个线程一旦被调度到，则物理运行时间增加，vruntime增加，往左边走。
weight的增加，也导致vruntime减小，往右边走。
总之 CFS让线程 从左滚到右，从右滚到左。即照顾了I/O(喜欢睡，分子小) 也 照顾了 nice值低（分母高）.所以 由喜欢睡，nice值又低的线程，最容易被调度到。
自动调整，无需向nice一样做出奖励惩罚动作，个人理解权重其实相当于nice
但是 此时 来一个 0-99的线程，进行RT调度，都可以瞬间秒杀你！因为人家不是普通的，是RT的!
一个多线程的进程中，每个线程的调度的策略 如 fifo rr normal, 都可以不同。每一个的优先级都可以不一样。
实验举例, 创建2个线程，同时开2个：
#include <stdio.h>
#include <pthread.h>
#include <sys/types.h>
void *thread_fun(void *param)
{
printf("thread pid:%d, tid:%lu\n", getpid(), pthread_self());
while (1) ;
return NULL;
}
int main(void)
{
pthread_t tid1, tid2;
int ret;
printf("main pid:%d, tid:%lu\n", getpid(), pthread_self());
ret = pthread_create(&tid1, NULL, thread_fun, NULL);
if (ret == -1) {
perror("cannot create new thread");
return 1;
}
ret = pthread_create(&tid2, NULL, thread_fun, NULL);
if (ret == -1) {
perror("cannot create new thread");
return 1;
}
if (pthread_join(tid1, NULL) != 0) {
perror("call pthread_join function fail");
return 1;
}
if (pthread_join(tid2, NULL) != 0) {
perror("call pthread_join function fail");
return 1;
}
return 0;
}
运行2次，创建两个进程
sudo renice -n -5(nice -5级别) -g(global)， 会明显看到 一个进程的CPU占用率是另一个的 3倍。
优先级相关的系统调用
system call.png
struct sched_param the_priority;
//设置线程是是 fifo 调度，且优先级是50
the_priority.sched_priorty = 50; //99-50，在 bitmap上应该是49
pthread_setschedparam(pthread_self(), SCHED_FIFO, &the_priority);//看的出以线程为单位
为什么cpu都已经达到200%，为什么系统不觉得卡呢？因为，我们的线程在未设置优先级时，是normal调度模式，且是 CPU消耗型 调度级别其实不高。
chrt 工具的使用
chrt -f -a -p 50 12798
利用chrt工具，可以将进程 调整为 50 从normal的调度策略 升为RT （fifo）级别的调度策略，会出现：
- CPU 不升（也没法在升高了）反降。 因为有下面两项针对RT调度级别进程的限制(可修改的)
/proc/sys/kernel/sched_rt_period_us
/proc/sys/kernel/sched_rt_runtime_us - 会非常的卡，因为RT 是可以秒杀 CFS，鼠标中断的这种 I/O型也拼不过CPU计算型的进程了。
chrt , nice renice 的调度策略 都是以线程为单位的，以上 设置的将进程下的所有线程进行设置nice值
线程是调度单位，进程不是，进程是资源封装单位！
两个同样死循环的normal优先级线程，其中一个nice值降低，该线程的CPU 利用率就会比另一个CPU的利用率高。
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