Linux 线程调度与优先级

时间 2019-11-08

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Linux内核的三种调度策略：

　　1，SCHED_OTHER 分时调度策略，
　　2，SCHED_FIFO实时调度策略，先到先服务。一旦占用cpu则一直运行。一直运行直到有更高优先级任务到达或本身放弃

　　3，SCHED_RR实时调度策略，时间片轮转。当进程的时间片用完，系统将从新分配时间片，并置于就绪队列尾。放在队列尾保证了全部具备相同优先级的RR任务的调度公平

Linux线程优先级设置
首先，能够经过如下两个函数来得到线程能够设置的最高和最低优先级，函数中的策略即上述三种策略的宏定义：

　　int sched_get_priority_max(int policy);

　　int sched_get_priority_min(int policy);

　 SCHED_OTHER是不支持优先级使用的，而SCHED_FIFO和SCHED_RR支持优先级的使用，他们分别为1和99，数值越大优先级越高。
设置和获取优先级经过如下两个函数

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); param.sched_priority = 51; //设置优先级html

   系统建立线程时，默认的线程是SCHED_OTHER。因此若是咱们要改变线程的调度策略的话，能够经过下面的这个函数实现。

int pthread_attr_setschedpolicy(pthread_attr_t *attr, int policy);数据结构

上面的param使用了下面的这个数据结构：

struct sched_param { int __sched_priority; //所要设定的线程优先级 };多线程

咱们能够经过下面的测试程序来讲明，咱们本身使用的系统的支持的优先级：

#include <stdio.h> #include <pthread.h> #include <sched.h> #include <assert.h> static int get_thread_policy(pthread_attr_t *attr) { int policy; int rs = pthread_attr_getschedpolicy(attr,&policy); assert(rs==0); switch(policy) { case SCHED_FIFO: printf("policy= SCHED_FIFO\n"); break; case SCHED_RR: printf("policy= SCHED_RR"); break; case SCHED_OTHER: printf("policy=SCHED_OTHER\n"); break; default: printf("policy=UNKNOWN\n"); break; } return policy; } static void show_thread_priority(pthread_attr_t *attr,int policy) { int priority = sched_get_priority_max(policy); assert(priority!=-1); printf("max_priority=%d\n",priority); priority= sched_get_priority_min(policy); assert(priority!=-1); printf("min_priority=%d\n",priority); } static int get_thread_priority(pthread_attr_t *attr) { struct sched_param param; int rs = pthread_attr_getschedparam(attr,&param); assert(rs==0); printf("priority=%d",param.__sched_priority); return param.__sched_priority; } static void set_thread_policy(pthread_attr_t *attr,int policy) { int rs = pthread_attr_setschedpolicy(attr,policy); assert(rs==0); get_thread_policy(attr); } int main(void) { pthread_attr_t attr; struct sched_param sched; int rs; rs = pthread_attr_init(&attr); assert(rs==0); int policy = get_thread_policy(&attr); printf("Show current configuration of priority\n"); show_thread_priority(&attr,policy); printf("show SCHED_FIFO of priority\n"); show_thread_priority(&attr,SCHED_FIFO); printf("show SCHED_RR of priority\n"); show_thread_priority(&attr,SCHED_RR); printf("show priority of current thread\n"); int priority = get_thread_priority(&attr); printf("Set thread policy\n"); printf("set SCHED_FIFO policy\n"); set_thread_policy(&attr,SCHED_FIFO); printf("set SCHED_RR policy\n"); set_thread_policy(&attr,SCHED_RR); printf("Restore current policy\n"); set_thread_policy(&attr,policy); rs = pthread_attr_destroy(&attr); assert(rs==0); return 0; }函数

下面是测试程序的运行结果：

policy=SCHED_OTHER Show current configuration of priority max_priority=0 min_priority=0 show SCHED_FIFO of priority max_priority=99 min_priority=1 show SCHED_RR of priority max_priority=99 min_priority=1 show priority of current thread priority=0Set thread policy set SCHED_FIFO policy policy= SCHED_FIFO set SCHED_RR policy policy= SCHED_RRRestore current policy policy=SCHED_OTHER测试

这里测试一下其中的两种特性，SCHED_OTHER和SCHED_RR，还有就是优先级的问题，是否是可以保证，高优先级的线程，就能够保证先运行。
下面的这个测试程序，建立了三个线程，默认建立的线程的调度策略是SCHED_OTHER，其他的两个线程的调度策略设置成SCHED_RR。个人Linux的内核版本是2.6.31。SCHED_RR是根据时间片来肯定线程的调度。时间片用完了，无论这个线程的优先级有多高都不会在运行，而是进入就绪队列中，等待下一个时间片的到了，那这个时间片到底要持续多长时间？在《深刻理解Linux内核》中的第七章进程调度中，是这样描诉的，Linux采起单凭经验的方法，即选择尽量长、同时能保持良好相应时间的一个时间片。这里也没有给出一个具体的时间来，可能会根据不一样的CPU 来定，还有就是多CPU 的状况。ui

#include <stdio.h> #include <unistd.h> #include <stdlib.h> #include <pthread.h> void Thread1() { sleep(1); int i,j; int policy; struct sched_param param; pthread_getschedparam(pthread_self(),&policy,&param); if(policy == SCHED_OTHER) printf("SCHED_OTHER\n"); if(policy == SCHED_RR); printf("SCHED_RR 1 \n"); if(policy==SCHED_FIFO) printf("SCHED_FIFO\n"); for(i=1;i<10;i++) { for(j=1;j<5000000;j++) { } printf("thread 1\n"); } printf("Pthread 1 exit\n"); } void Thread2() { sleep(1); int i,j,m; int policy; struct sched_param param; pthread_getschedparam(pthread_self(),&policy,&param); if(policy == SCHED_OTHER) printf("SCHED_OTHER\n"); if(policy == SCHED_RR); printf("SCHED_RR\n"); if(policy==SCHED_FIFO) printf("SCHED_FIFO\n"); for(i=1;i<10;i++) { for(j=1;j<5000000;j++) { } printf("thread 2\n"); } printf("Pthread 2 exit\n"); } void Thread3() { sleep(1); int i,j; int policy; struct sched_param param; pthread_getschedparam(pthread_self(),&policy,&param); if(policy == SCHED_OTHER) printf("SCHED_OTHER\n"); if(policy == SCHED_RR) printf("SCHED_RR \n"); if(policy==SCHED_FIFO) printf("SCHED_FIFO\n"); for(i=1;i<10;i++) { for(j=1;j<5000000;j++) { } printf("thread 3\n"); } printf("Pthread 3 exit\n"); } int main() { int i; i = getuid(); if(i==0) printf("The current user is root\n"); else printf("The current user is not root\n"); pthread_t ppid1,ppid2,ppid3; struct sched_param param; pthread_attr_t attr,attr1,attr2; pthread_attr_init(&attr1); pthread_attr_init(&attr); pthread_attr_init(&attr2); param.sched_priority = 51;
pthread_attr_setschedpolicy(&attr2,SCHED_RR); pthread_attr_setschedparam(&attr2,&param); pthread_attr_setinheritsched(&attr2,PTHREAD_EXPLICIT_SCHED);//要使优先级其做用必需要有这句话 param.sched_priority = 21; pthread_attr_setschedpolicy(&attr1,SCHED_RR); pthread_attr_setschedparam(&attr1,&param); pthread_attr_setinheritsched(&attr1,PTHREAD_EXPLICIT_SCHED); pthread_create(&ppid3,&attr,(void *)Thread3,NULL); pthread_create(&ppid2,&attr1,(void *)Thread2,NULL); pthread_create(&ppid1,&attr2,(void *)Thread1,NULL); pthread_join(ppid3,NULL); pthread_join(ppid2,NULL); pthread_join(ppid1,NULL); pthread_attr_destroy(&attr2); pthread_attr_destroy(&attr1); return 0; }spa

下面是该程序的其中之一的运行结果：.net

sudo ./prio_test The current user is root SCHED_OTHER SCHED_RR SCHED_RR 1 thread 1 thread 1 thread 1 thread 1 thread 1 thread 1 thread 1 thread 1 thread 1 Pthread 1 exit thread 2 thread 2 thread 2 thread 2 thread 2 thread 2 thread 2 thread 2 thread 2 Pthread 2 exit thread 3 thread 3 thread 3 thread 3 thread 3 thread 3 thread 3 thread 3 thread 3 Pthread 3 exit线程

   这里咱们能够看到，因为线程3的调度策略是SCHED_OTHER，而线程2的调度策略是SCHED_RR，因此，在Thread3中，线程3被线程1，线程2给抢占了。因为线程1的优先级大于线程2的优先级，因此，在线程1以先于线程2运行，不过，这里线程2有一部分代码仍是先于线程1运行了。
    我原觉得，只要线程的优先级高，就会必定先运行，其实，这样的理解是片面的，特别是在SMP的PC机上更会增长其不肯定性。
    其实，普通进程的调度，是CPU根据进程优先级算出时间片，这样并不能必定保证高优先级的进程必定先运行，只不过和优先级低的进程相比，一般优先级较高的进程得到的CPU时间片会更长而已。其实，若是要想保证一个线程运行完在运行另外一个线程的话，就要使用多线程的同步技术，信号量，条件变量等方法。而不是绝对依靠优先级的高低，来保证。
    不过，从运行的结果上，咱们能够看到，调度策略为SCHED_RR的线程1，线程2确实抢占了调度策略为SCHED_OTHER的线程3。这个是能够理解的，因为SCHER_RR是实时调度策略。
   只有在下述事件之一发生时，实时进程才会被另一个进程取代。
（1）进程被另一个具备更高实时优先级的实时进程抢占。
（2）进程执行了阻塞操做并进入睡眠
（3）进程中止（处于TASK_STOPPED 或TASK_TRACED状态）或被杀死。
（4）进程经过调用系统调用sched_yield()，自愿放弃CPU 。
（5）进程基于时间片轮转的实时进程（SCHED_RR），并且用完了它的时间片。
   基于时间片轮转的实时进程是，不是真正的改变进程的优先级，而是改变进程的基本时间片的长度。因此基于时间片轮转的进程调度，并不能保证高优先级的进程先运行。
   下面是另外一种运行结果：

unix

sudo ./prio_test The current user is root SCHED_OTHER SCHED_RR 1 thread 1 thread 1 thread 1 thread 1 thread 1 thread 1 thread 1 thread 1 thread 1 Pthread 1 exit SCHED_RR thread 2 thread 2 thread 2 thread 2 thread 2 thread 2 thread 2 thread 2 thread 2 Pthread 2 exit thread 3 thread 3 thread 3 thread 3 thread 3 thread 3 thread 3 thread 3 thread 3 Pthread 3 exit

能够看出并无每一次都保证高优先级的线程先运行。