linux系统中调度策略(SCHED_BATCH、SCHED_DEADLINE、SCHED_IDLE、SCHED_FIFO、SCHED_RR、SCHED_OTHER)的介绍

在 Linux 系统中，除了常见的 SCHED_FIFO、SCHED_RR 和 SCHED_OTHER 调度策略外，还有 SCHED_BATCH、SCHED_DEADLINE 和 SCHED_IDLE 等调度策略，它们各自适用于不同的场景。以下是对这些调度策略的介绍以及如何更改它们的方法：

介绍

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1. SCHED_BATCH

• 特点：SCHED_BATCH 是一种用于批处理任务的调度策略。它适用于那些对实时性要求不高但需要长时间运行的任务，例如后台计算任务。与 SCHED_OTHER 不同，SCHED_BATCH 会减少进程的调度频率，尽量让进程一次性运行更长时间，从而提高效率。
• 适用场景：适合批处理任务，如科学计算、数据处理等。

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2. SCHED_DEADLINE

• 特点：SCHED_DEADLINE 是一种实时调度策略，适用于对时间敏感的任务。它通过三个参数（运行时间、周期、截止时间）来管理任务的执行。例如，一个任务可能需要在每 100ms 的周期内运行 10ms，并且必须在 90ms 内完成。
• 适用场景：适用于需要严格时间约束的实时任务，如工业自动化、音频处理等。

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3. SCHED_IDLE

• 特点：SCHED_IDLE 是一种低优先级的调度策略，适用于那些只有在系统空闲时才运行的任务。它确保这些任务不会干扰其他更高优先级的任务。
• 适用场景：适合低优先级的后台任务，如磁盘清理工具。

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4. SCHED_FIFO

• 特点：SCHED_FIFO 是一种实时调度策略，采用先进先出的方式。一旦进程获得 CPU，它会一直运行，直到主动放弃 CPU 或被更高优先级的进程抢占。
• 适用场景：适用于对实时性要求极高的任务，如音视频处理。

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5. SCHED_RR

• 特点：SCHED_RR 是一种带有时间片的实时调度策略。它与 SCHED_FIFO 类似，但在时间片耗尽后会释放 CPU。
• 适用场景：适用于需要多个实时任务公平共享 CPU 的场景。

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6. SCHED_OTHER

• 特点：SCHED_OTHER 是 Linux 系统中默认的调度策略，基于完全公平调度器（CFS）。它通过动态优先级和时间片来平衡系统中所有进程的 CPU 时间。
• 适用场景：适用于大多数普通用户程序和后台服务。

通过命令配置更改进程调度策略的方法

1. 使用 chrt 命令

chrt 是一个常用的命令行工具，用于设置或查看进程的调度策略和优先级。

• 设置调度策略：

  • 设置为 SCHED_FIFO：

    chrt -f -p <优先级> <进程ID>
    

    例如，将进程ID为1234的调度策略设置为 SCHED_FIFO，优先级为99：

    chrt -f -p 99 1234
    

  • 设置为 SCHED_RR：

    chrt -r -p <优先级> <进程ID>
    

    例如，将进程ID为1234的调度策略设置为 SCHED_RR，优先级为50：

    chrt -r -p 50 1234
    

  • 设置为 SCHED_OTHER（默认调度策略）：

    chrt -o -p <进程ID>
    

• 启动时指定调度策略： 如果需要在启动进程时指定调度策略，可以直接在 chrt 命令中指定：

  chrt -f 99 /path/to/your/application
  

2. 使用 systemd 配置文件

对于通过 systemd 管理的服务，可以在服务的配置文件中设置调度策略。

• 在服务的 [Service] 部分添加以下配置：

  [Service]
  ExecStart=/path/to/your/service
  CPUSchedulingPolicy=fifo  # 或 rr/other
  CPUSchedulingPriority=99  # 对于实时策略，指定优先级
  

• 示例（SCHED_FIFO）：

  [Unit]
  Description=My Service
  
  [Service]
  ExecStart=/path/to/my/service
  CPUSchedulingPolicy=fifo
  CPUSchedulingPriority=99
  
  [Install]
  WantedBy=default.target
  

• 修改配置后，需要重新加载 systemd 配置并重启服务：

  systemctl daemon-reload
  systemctl restart your-service-name
  

3. 内核参数调整

虽然内核参数主要用于调整调度器的行为，而不是直接更改调度策略，但某些参数可能会影响调度策略的效果。

• 查看当前调度策略： 使用 ps 命令查看进程的调度策略：

  ps -eo pid,comm,policy
  

• 调整实时进程的运行时间：

  • sched_rt_period_us：实时进程的时间周期（默认1秒）。

  • sched_rt_runtime_us：实时进程在每个周期内的最大运行时间（默认0.95秒）。

  • 调整方法：

    echo 1000000 > /proc/sys/kernel/sched_rt_period_us
    echo 950000 > /proc/sys/kernel/sched_rt_runtime_us
    

• 调整 SCHED_RR 的时间片：

  • sched_rr_timeslice_ms：设置 SCHED_RR 的时间片大小（默认100ms）。

  • 调整方法：

    echo 100 > /proc/sys/kernel/sched_rr_timeslice_ms
    

注意事项

1. 更改调度策略通常需要 root 权限。
2. 实时调度策略（SCHED_FIFO 和 SCHED_RR）的优先级范围是1（最低）到99（最高），默认调度策略（SCHED_OTHER）不支持优先级设置。
3. 在生产环境中，建议谨慎使用实时调度策略，因为它们可能对系统资源分配产生较大影响。

通过编程的方式更改进程调度策略

在 Linux 系统中，可以通过 sched_setattr 系统调用设置进程的调度策略和相关参数。以下是一个使用 sched_setattr 的示例代码，展示如何设置不同的调度策略（如 SCHED_FIFO、SCHED_RR、SCHED_DEADLINE 等）。

示例代码

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <stdint.h>  // 包含 uint32_t 和 uint64_t 的定义
#include <linux/sched.h>
#include <unistd.h>
#include <errno.h>
//sched_setattr 和 struct sched_attr 的定义在某些情况下可能未被 glibc 包含，
//因此需要手动定义这些内容

// 手动定义 sched_attr 结构体
struct sched_attr {
    uint32_t size;
    uint32_t sched_policy;
    uint64_t sched_flags;
    int32_t sched_nice;
    uint32_t sched_priority;
    uint64_t sched_runtime;
    uint64_t sched_deadline;
    uint64_t sched_period;
};
// 手动定义系统调用号（x86_64 架构）
#define __NR_sched_setattr 314
#define __NR_sched_getattr 315  // x86_64 架构下的系统调用号

// 手动定义 sched_setattr 系统调用
int sched_setattr(pid_t pid, const struct sched_attr *attr, unsigned int flags) {
    return syscall(__NR_sched_setattr, pid, attr, flags);
}

int sched_getattr(pid_t pid, struct sched_attr *attr, unsigned int size, unsigned int flags) {
    return syscall(__NR_sched_getattr, pid, attr, size, flags);
}
int main() {
    struct sched_attr attr = {
        .size = sizeof(attr),
        .sched_policy = SCHED_FIFO,  // 设置为 SCHED_FIFO
        .sched_priority = 50,        // 设置优先级
        .sched_runtime = 0,          // 仅对 SCHED_DEADLINE 有效
        .sched_period = 0,           // 仅对 SCHED_DEADLINE 有效
        .sched_deadline = 0          // 仅对 SCHED_DEADLINE 有效
    };

    // 调用 sched_setattr 设置调度策略
    if (sched_setattr(0, &attr, 0) == -1) {
        perror("sched_setattr");
        return EXIT_FAILURE;
    }

    printf("调度策略设置成功，当前策略为 SCHED_FIFO，优先级为 %d\n", attr.sched_priority);
	
    // 等待一段时间，观察调度效果
    sleep(10);
	//获取一下设置的策略
	 // 获取当前进程的调度策略
    if (sched_getattr(0, &attr, sizeof(attr), 0) == -1) {
        perror("sched_getattr");
        return -1;
    }

    printf("当前调度策略: ");
    switch (attr.sched_policy) {
        case SCHED_FIFO:
            printf("SCHED_FIFO\n");
            break;
        case SCHED_RR:
            printf("SCHED_RR\n");
            break;
        case SCHED_IDLE:
            printf("SCHED_IDLE\n");
            break;
        case SCHED_DEADLINE:
            printf("SCHED_DEADLINE\n");
            break;
        default:
            printf("未知调度策略\n");
    }

    printf("优先级: %d\n", attr.sched_priority);
    return EXIT_SUCCESS;
}

示例代码说明

由于我的编译环境有点老glibc 并未直接支持这些较新的系统调用，代码中使用了 syscall 函数来直接调用内核提供的系统调用，编译会报如下错误:

代码逻辑说明

1. 设置调度策略：
   • 初始化 sched_attr 结构体，设置调度策略为 SCHED_FIFO，优先级为 50。
   • 调用 sched_setattr 设置当前进程的调度策略。
   • 如果设置失败，打印错误信息并退出。
2. 确认调度策略：
   • 调用 sched_getattr 获取当前进程的调度策略。
   • 根据 sched_policy 的值，打印当前的调度策略和优先级。
3. 观察调度效果：
   • 在设置调度策略后，程序调用 sleep(10)，等待 10 秒，以便观察调度策略的实际效果。

示例：设置 SCHED_RR 调度策略

将调度策略改为 SCHED_RR，并设置优先级为 30：

attr.sched_policy = SCHED_RR;
attr.sched_priority = 30;

示例：设置 SCHED_DEADLINE 调度策略

设置 SCHED_DEADLINE 需要额外的参数：

attr.sched_policy = SCHED_DEADLINE;
attr.sched_runtime = 10000000; // 10ms
attr.sched_period = 100000000; // 100ms
attr.sched_deadline = 100000000; // 100ms

示例：设置 SCHED_OTHER 调度策略

对于非实时调度策略（如 SCHED_OTHER），不需要设置优先级：

attr.sched_policy = SCHED_OTHER;
attr.sched_priority = 0; // 优先级对 SCHED_OTHER 无效

编译和运行

1. 将代码保存为 set_sched.c。

2. 使用以下命令编译：

   gcc set_sched.c -o set_sched -lrt
   

3. 以 root 用户运行（因为设置实时调度策略通常需要管理员权限）：

   sudo ./set_sched
   

注意事项

1. 权限问题：设置实时调度策略（SCHED_FIFO、SCHED_RR、SCHED_DEADLINE）通常需要管理员权限。
2. 实时优先级范围：实时调度策略的优先级范围是 1（最低）到 99（最高）。
3. SCHED_DEADLINE 支持：需要 Linux 内核支持 SCHED_DEADLINE（通常需要较新的内核版本）。

通过以上代码和说明，你可以根据需要动态设置进程的调度策略。