Linux任务调度策略与调整进程优先级_linux进程调度策略设置-优快云博客

前言

Linux 内核支持多种调度策略，根据不同的任务需求和实时性要求，可分为 普通调度策略 和 实时调度策略。观复君本次讲解以Linux系统为例，希望能给大家的工作带来一些启发。

Linux任务调度策略

普通调度策略（非实时任务）

`SCHED_OTHER`（完全公平调度器，CFS）

类型：默认策略，面向普通优先级任务。
特点：
- 基于时间片轮转，动态分配 CPU 时间，确保任务间的公平性。
- 使用 虚拟运行时间（vruntime） 决定任务调度顺序。
- 支持 优先级（nice值）（范围：-20（最高）到 19（最低））。
适用场景：大多数普通进程（如用户应用程序、后台服务）。

`SCHED_BATCH`

类型：优化批处理任务。
特点：
- 类似 SCHED_OTHER，但减少交互式任务的优先级，适合长时间运行的批处理作业。
- 任务倾向于一次性占用较长 CPU 时间片，减少上下文切换开销。
适用场景：非交互式计算密集型任务（如编译、数据分析）。

`SCHED_IDLE`

类型：最低优先级任务。
特点：
- 仅在系统空闲时运行，优先级低于所有其他策略。
- 不占用公平调度的时间配额。
适用场景：极低优先级的后台任务（如系统监控探针）。

实时调度策略

`SCHED_FIFO`（先进先出）

类型：严格实时策略。
特点：
- 任务一旦获得 CPU，会一直运行直到主动释放（如阻塞、调用 sched_yield）或被更高优先级的实时任务抢占。
- 无时间片限制，除非被抢占。
- 优先级范围：1（最低）到 99（最高）（数值越大优先级越高）。
适用场景：需要确定性和低延迟的实时任务（如硬件控制）。

`SCHED_RR`（轮转调度）

类型：实时策略，带时间片轮转。
特点：
- 类似 SCHED_FIFO，但每个任务有固定时间片（默认 100ms，可通过 sched_rr_timeslice_ms 调整）。
- 时间片耗尽后，任务被移到同优先级队列末尾，允许其他同优先级任务运行。
- 优先级范围：1 到 99。
适用场景：需要共享 CPU 的同优先级实时任务（如音视频处理）。

`SCHED_DEADLINE`（截止时间优先）

类型：基于截止时间的实时策略（Linux 3.14+ 引入）。
特点：
- 任务需声明三个参数：运行时间（runtime）、截止时间（deadline）、周期（period）。
- 调度器确保任务在截止时间前完成指定运行时间，否则视为超时。
- 优先级动态计算，截止时间越近的任务优先级越高。
适用场景：严格周期性实时任务（如机器人控制、传感器采样）。

调度策略对比

策略	类型	时间片	抢占规则	优先级范围	典型场景
`SCHED_OTHER`	普通	动态调整	公平调度	`-20` 到 `19`	普通应用程序
`SCHED_BATCH`	普通	较长	低交互性优化	同 `SCHED_OTHER`	批处理任务
`SCHED_IDLE`	普通	无限制	仅空闲时运行	最低	后台监控
`SCHED_FIFO`	实时	无	高优先级抢占	`1` 到 `99`	硬件中断处理
`SCHED_RR`	实时	固定	同优先级轮转	`1` 到 `99`	多任务实时协作
`SCHED_DEADLINE`	实时	动态	截止时间驱动	动态计算	周期性实时任务

nice值与优先级的异同

心细的朋友可能已经关注到SCHED_OTHER的调度策略是通过nice值来表示的，它的含义与其他调度策略（如实时策略）不同。以下是对 SCHED_OTHER 优先级（nice值）的详细解释。

1. `SCHED_OTHER` 优先级的特点

优先级范围：nice 值的范围是 -20 到 19（数值越小，优先级越高）。
默认值：新进程默认的 nice 值为 0。
作用方式：
- nice 值不直接决定绝对优先级，而是影响进程在 完全公平调度器（CFS） 中的 CPU 时间权重。
- 值越小（如 -20），进程的权重越高，分配的 CPU 时间比例越大。
- 值越大（如 19），权重越低，分配的 CPU 时间比例越小。

2. 关键规则

`nice` 值	含义
-20	最高优先级（进程将获得比其他进程更多的 CPU 时间）
0	默认优先级（与其他 `nice=0` 的进程平等竞争 CPU 时间）
19	最低优先级（进程仅在其他高优先级进程不需要 CPU 时才运行）

示例：

如果进程 A 的 nice=-10，进程 B 的 nice=10，则 A 的 CPU 时间权重远高于 B。
这种差异在系统负载较高时更明显，但在空闲系统中可能表现相似。

3. `nice` 值与实时优先级的区别

SCHED_OTHER（普通进程）：
- 优先级通过 nice 值调整（范围：-20 到 19）。
- 数值越小，优先级越高。
实时策略（SCHED_FIFO/SCHED_RR）：
- 优先级通过 sched_priority 调整（范围：1 到 99）。
- 数值越大，优先级越高。

⚠️ 注意：实时策略的进程优先级（1-99）永远高于普通策略（SCHED_OTHER），即使普通进程的 nice=-20。

进程优先级调整

系统支持调度策略查看

chrt 是 Linux 中用于操作调度策略的工具，直接运行 chrt 命令会显示支持的策略列表：

chrt -h

输出示例（J3）：

如果输出中没有某个策略（如 SCHED_DEADLINE），则内核可能未启用该策略支持。

调整普通进程的nice值

查看进程的nice值

ps -eo pid,ni,comm | grep <进程名>

指令方式

修改已运行进程的 nice 值

# 语法：renice -n <目标值> -p <PID>
# 示例：将 PID=1234 的进程的 nice 值设为 -5
sudo renice -n -5 -p 1234       # 需要 root 权限

# 示例：将 PID=5678 的进程的 nice 值设为 10
renice -n 10 -p 5678            # 普通用户可运行（仅能降低优先级）

启动新进程时指定 nice 值

# 语法：nice -n <增量> <命令>
# 示例：启动一个高优先级进程（nice=-10）
sudo nice -n -10 ./my_program    # 需要 root 权限（降低 nice 值）

# 示例：启动一个低优先级进程（nice=15）
nice -n 15 ./my_program          # 普通用户可直接运行（增大 nice 值）

规则：
- -n 后的数值是相对于默认值（0）的增量。例如：
  - nice -n -10 → 最终 nice=-10（更高优先级）。
  - nice -n 5 → 最终 nice=5（更低优先级）。
- 普通用户只能降低优先级（增大 nice 值），提高优先级（减小 nice 值）需要 root 权限。

代码方式

使用 setpriority 函数动态调整优先级。

#include <stdio.h>
#include <sys/resource.h>

int main() {
    int new_nice = -10;  // 设置更高的优先级（需要 root 权限）

    // 设置当前进程的 nice 值
    if (setpriority(PRIO_PROCESS, 0, new_nice) == -1) {
        perror("setpriority failed");
        return 1;
    }

    printf("当前进程的 nice 值已设置为: %d\n", new_nice);
    return 0;
}

编译运行：

gcc set_nice.c -o set_nice
sudo ./set_nice  # 需要 root 权限（因为降低 nice 值）

调整实时进程的优先级

查看进程的调度策略和优先级

not0397@DZ-NOT-0397:~$ chrt -p 2643077
pid 2643077 当前的调度策略︰ SCHED_OTHER
pid 2643077 的当前调度优先级：0

指令方式

1. 启动新进程时指定调度策略和优先级

# 语法：chrt [选项] <优先级> <命令>
# 示例：以 SCHED_FIFO 策略、优先级 90 启动进程
sudo chrt -f 90 ./my_realtime_task    # -f 表示 SCHED_FIFO

# 示例：以 SCHED_RR 策略、优先级 50 启动进程
sudo chrt -r 50 ./my_realtime_task    # -r 表示 SCHED_RR

# 示例：以 SCHED_DEADLINE 策略启动（需额外参数）
sudo chrt -d --sched-runtime 10000000 --sched-deadline 20000000 --sched-period 20000000 0 ./my_deadline_task

选项：
- -f: SCHED_FIFO（严格实时）。
- -r: SCHED_RR（带时间片轮转的实时）。
- -d: SCHED_DEADLINE（需指定运行时间、截止时间和周期，单位：纳秒）。

2. 修改已运行进程的调度策略和优先级

# 语法：chrt -p [选项] <优先级> <PID>
# 示例：将 PID=1234 的进程设为 SCHED_FIFO，优先级 80
sudo chrt -f -p 80 1234

# 示例：将 PID=5678 的进程设为 SCHED_RR，优先级 60
sudo chrt -r -p 60 5678

代码方式

实时策略的优先级通过 sched_priority 字段设置（范围：1（最低）到 99（最高））。
代码示例：使用 sched_setscheduler 函数设置策略和优先级。

#include <stdio.h>
#include <sched.h>
#include <stdlib.h>

int main() {
    struct sched_param param;
    int policy = SCHED_FIFO;  // 调度策略
    int priority = 80;        // 实时优先级（1-99）

    // 设置优先级参数
    param.sched_priority = priority;

    // 设置调度策略和优先级
    if (sched_setscheduler(0, policy, &param) == -1) {
        perror("sched_setscheduler failed");
        exit(EXIT_FAILURE);
    }

    printf("当前进程已设置为 SCHED_FIFO，优先级: %d\n", priority);
    return 0;
}

注意事项

1. 权限要求

操作	所需权限
提高 `nice` 值（降低优先级）	普通用户可直接操作
降低 `nice` 值（提高优先级）	需要 `root` 权限
设置实时策略（`SCHED_FIFO` 等）	需要 `root` 权限或 `CAP_SYS_NICE` 能力