?在Linux中，線程是由進(jìn)程來實(shí)現(xiàn)，線程就是輕量級進(jìn)程（?lightweight?process?），因此在Linux中，線程的調(diào)度是按照進(jìn)程的調(diào)度方式來進(jìn)行調(diào)度的，也就是說線程是調(diào)度單元。Linux這樣實(shí)現(xiàn)的線程的好處的之一是：線程調(diào)度直接使用進(jìn)程調(diào)度就可以了，沒必要再搞一個(gè)進(jìn)程內(nèi)的線程調(diào)度器。在Linux中，調(diào)度器是基于線程的調(diào)度策略（scheduling?policy）和靜態(tài)調(diào)度優(yōu)先級（static?scheduling?priority）來決定那個(gè)線程來運(yùn)行。

? ? 對于下面三種調(diào)度策略SCHED_OTHER,?SCHED_IDLE,?SCHED_BATCH，其調(diào)度優(yōu)先級sched_priority是不起作用的，即可以看成其調(diào)度優(yōu)先級為0；調(diào)度策略SCHED_FIFO和SCHED_RR是實(shí)時(shí)策略，他們的調(diào)度值范圍是1到99，數(shù)值越大優(yōu)先級越高，另外實(shí)時(shí)調(diào)度策略的線程總是比前面三種通常的調(diào)度策略優(yōu)先級更高。通常，調(diào)度器會(huì)為每個(gè)可能的調(diào)度優(yōu)先級（sched_priority?value）維護(hù)一個(gè)可運(yùn)行的線程列表，并且是以最高靜態(tài)優(yōu)先級列表頭部的線程作為下次調(diào)度的線程。所有的調(diào)度都是搶占式的：如果一個(gè)具有更高靜態(tài)優(yōu)先級的線程轉(zhuǎn)換為可以運(yùn)行了，那么當(dāng)前運(yùn)行的線程會(huì)被強(qiáng)制進(jìn)入其等待的隊(duì)列中。下面介紹幾種常見的調(diào)度策略：

? ??SCHED_OTHER：該策略是是默認(rèn)的Linux分時(shí)調(diào)度（time-sharing?scheduling）策略，它是Linux線程默認(rèn)的調(diào)度策略。SCHED_OTHER策略的靜態(tài)優(yōu)先級總是為0，對于該策略列表上的線程，調(diào)度器是基于動(dòng)態(tài)優(yōu)先級（dynamic?priority）來調(diào)度的，動(dòng)態(tài)優(yōu)先級是跟nice中相關(guān)(nice值可以由接口nice,?setpriority,sched_setattr來設(shè)置)，該值會(huì)隨著線程的運(yùn)行時(shí)間而動(dòng)態(tài)改變，以確保所有具有SCHED_OTHER策略的線程公平運(yùn)行。在Linux上，nice值的范圍是-20到+19，默認(rèn)值為0；nice值越大則優(yōu)先級越低，相比高nice值（低優(yōu)先級）的進(jìn)程，低nice值（高優(yōu)先級）的進(jìn)程可以獲得更多的處理器時(shí)間。使用命令ps?-el查看系統(tǒng)的進(jìn)程列表，其中NI列就是進(jìn)程對應(yīng)的nice值；使用top命令，看到的NI列也是nice值。運(yùn)行命令的時(shí)候可用nice?–n?xx?cmd來調(diào)整cmd任務(wù)的nice值，xx的范圍是-20~19之間。

? ??SCHED_FIFO：先入先出調(diào)度策略（First?in-first?out?scheduling）。該策略簡單的說就是一旦線程占用cpu則一直運(yùn)行，一直運(yùn)行直到有更高優(yōu)先級任務(wù)到達(dá)或自己放棄。

? ??SCHED_RR：時(shí)間片輪轉(zhuǎn)調(diào)度(Round-robin?scheduling)。該策略是SCHED_FIFO基礎(chǔ)上改進(jìn)來的，他給每個(gè)線程增加了一個(gè)時(shí)間片限制，當(dāng)時(shí)間片用完后，系統(tǒng)將把該線程置于隊(duì)列末尾。放在隊(duì)列尾保證了所有具有相同優(yōu)先級的RR任務(wù)的調(diào)度公平。使用top命令，如果PR列的值為RT，則說明該進(jìn)程采用的是實(shí)時(shí)策略，即調(diào)度策略是SCHED_FIFO或者為SCHED_RR，而對于非實(shí)時(shí)調(diào)度策略（比如SCHED_OTHER）的進(jìn)程，該列的值是NI+20，以供Linux內(nèi)核使用。我們可以通過命令：

?

[cpp] view plain copy

ps?-eo?state,uid,pid,ppid,rtprio,time,comm??

來查看進(jìn)程對應(yīng)的實(shí)時(shí)優(yōu)先級（位于RTPRIO列下），如果有進(jìn)程對應(yīng)的列顯示“-”，則說明它不是實(shí)時(shí)進(jìn)程。注意任何實(shí)時(shí)策略進(jìn)程的優(yōu)先級都高于普通的進(jìn)程，也就說實(shí)時(shí)優(yōu)先級和nice優(yōu)先級處于互不相交的兩個(gè)范疇。

?

? ? 在Linux中，與調(diào)度相關(guān)的常見接口如下：

?

[cpp] view plain copy

#include?<sched.h>??

int?sched_get_priority_max(int?policy);??

該接口獲取指定調(diào)度策略可以設(shè)置的最大優(yōu)先級，類似的?sched_get_priority_min接口獲取調(diào)度策略可以設(shè)置的最小優(yōu)先級。在Linux中，對于SCHED_FIFO和SCHED_RR調(diào)度策略其優(yōu)先級為1到99，其他調(diào)度策略優(yōu)先級為0。注意在不同系統(tǒng)上，這個(gè)優(yōu)先級范圍可能不一樣。

?

[cpp] view plain copy

#include?<pthread.h>??

int?pthread_attr_setschedpolicy(pthread_attr_t?*attr,?int?policy);??

該接口可以用來設(shè)置線程的調(diào)度策略，即設(shè)置線程屬性attr。參數(shù)policy可以是CHED_FIFO,?SCHED_RR和SCHED_OTHER。系統(tǒng)創(chuàng)建線程時(shí)，默認(rèn)的線程調(diào)度策略是SCHED_OTHER。類似可以通過接口

?

[cpp] view plain copy

int?pthread_attr_getschedpolicy(const?pthread_attr_t?*attr,?int?*policy)??

獲取線程的調(diào)度策略。

?

[cpp] view plain copy

#include?<pthread.h>??

int?pthread_attr_setschedparam(pthread_attr_t?*attr,??

const?struct?sched_param?*param);??

該接口可以用來設(shè)置線程的調(diào)度優(yōu)先級。結(jié)構(gòu)sched_param定義如下：

?

[cpp] view plain copy

struct?sched_param?{??

???int?sched_priority;?????/*?Scheduling?priority?*/??

};??

類似的的接口，可以用來獲取線程調(diào)度的優(yōu)先級：

?

[cpp] view plain copy

int?pthread_attr_getschedparam(const?pthread_attr_t?*attr,??

??????????????????????????????????????struct?sched_param?*param);??

[cpp] view plain copy

#include?<sched.h>??

int?sched_yield(void);??

調(diào)用該接口可以使得當(dāng)前線程主動(dòng)交出CPU，并把該線程放到相應(yīng)調(diào)度隊(duì)列的末尾。如果當(dāng)前線程是最高優(yōu)先級隊(duì)列中唯一的線程，則在調(diào)用sched_yield后，該線程繼續(xù)保持運(yùn)行。

?

[cpp] view plain copy

#include?<sched.h>??

int?sched_setaffinity(pid_t?pid,???

??????????????????????size_t?cpusetsize,const?cpu_set_t?*mask);??

該接口可以用來設(shè)置線程的CPU親和性（CPU?affinity），設(shè)置線程的親和性可以使得線程綁定到一個(gè)或多個(gè)指定的CPU上運(yùn)行。在多處理器系統(tǒng)上，設(shè)置CPU親和性可以提高性能（主要原因是盡可能避免了cache失效和切換到其他CPU的消耗）。CPU親和性掩碼是由cpu_set_t結(jié)果來實(shí)現(xiàn)的，該結(jié)構(gòu)體需要用預(yù)定義好的宏來操作；參數(shù)pid是指定線程的TID，可以通過gettid()來獲取，即線程在內(nèi)核中對應(yīng)進(jìn)程id，若pid為0，則設(shè)置的是調(diào)用線程的CPU親和性，注意用getpid()獲取的是主線程的id；參數(shù)cpusetsize的值通常是mask的大小，即sizeof(mask)。除了這個(gè)接口外，設(shè)置線程親和性接口還有：

?

[cpp] view plain copy

#include?<pthread.h>??

int?pthread_setaffinity_np(pthread_t?thread,?size_t?cpusetsize,??

??????????????????????????????????const?cpu_set_t?*cpuset);??

int?pthread_attr_setaffinity_np(pthread_attr_t?*attr,??

size_t?cpusetsize,?const?cpu_set_t?*cpuset);??

通過fork創(chuàng)建的子進(jìn)程繼承父進(jìn)程的CPU親和性，通過?execve()后，親和性仍然保持不變。我們可以下面命令來查看多核cpu的負(fù)載：

? ? I)cat?/proc/cpuinfo??查看所有cpu的信息；

? ? II）top命令，然后再輸入1，則顯示多個(gè)cpu的使用信息；

? ? III）top命令，然后按下f，進(jìn)入top?Current?Fields設(shè)置頁面，然后按下j，表示要求顯示進(jìn)程使用那個(gè)cpu，回車后，回到剛才界面，此時(shí)P?顯示此進(jìn)程使用哪個(gè)CPU。

?

? ? 下面是測試代碼：

?

[cpp] view plain copy

#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\n");??

????????????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,?m);??

????assert(rs?==?0);??

??

????printf("priority=%d\n",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);??

}??

??

int?main(void)??

{??

????pthread_attr_t?attr;??

????int?rs;??

??

????rs?=?pthread_attr_init(&attr);??

????assert(rs==0);??

??

????int?policy?=?get_thread_policy(&attr);??

??

????printf("Show?current?configuration?of?priority\n");??

????get_thread_policy(&attr);??

????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");??

????get_thread_priority(&attr);??

??

????printf("Set?thread?policy\n");??

??

????printf("set?SCHED_FIFO?policy\n");??

????set_thread_policy(&attr,SCHED_FIFO);??

????get_thread_policy(&attr);??

????get_thread_priority(&attr);??

??

????printf("set?SCHED_RR?policy\n");??

????set_thread_policy(&attr,SCHED_RR);??

????get_thread_policy(&attr);??

??

????printf("Restore?current?policy\n");??

????set_thread_policy(&attr,policy);??

????get_thread_priority(&attr);??

??

????rs?=?pthread_attr_destroy(&attr);??

????assert(rs==0);??

??

????return?0;??

}??

編譯和運(yùn)行程序結(jié)果如下：

?

[cpp] view plain copy

$gcc?-Wall?-lpthread?hack_thread_sched.c?-o?hack_thread_sched??

$./hack_thread_sched???

policy=SCHED_OTHER??

Show?current?configuration?of?priority??

policy=SCHED_OTHER??

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=0??

Set?thread?policy??

set?SCHED_FIFO?policy??

policy=SCHED_FIFO??

priority=0??

set?SCHED_RR?policy??

policy=SCHED_RR??

Restore?current?policy??

priority=0??

從輸出結(jié)果，我們可以看到：

? ? I）線程默認(rèn)的調(diào)度策略為SCHED_OTHER，并且最大和最小調(diào)度優(yōu)先級都是0。

? ? II）調(diào)度策略SCHED_FIFO和SCHED_RR的優(yōu)先級范圍為1到99，并且初始設(shè)置時(shí)對應(yīng)的調(diào)度優(yōu)先級初始值為0。

? ??在Linux中，調(diào)度程序是一個(gè)叫schedule()的函數(shù)，該函數(shù)調(diào)用的頻率很高，由它來決定是否要執(zhí)行進(jìn)程的切換，如果要切換的話，切換到那個(gè)進(jìn)程等。那么在Linux中，在什么情況下要執(zhí)行這個(gè)調(diào)度程序呢？我們把這種情況叫作調(diào)度時(shí)機(jī)。Linux調(diào)度時(shí)機(jī)主要有:

? ?I）進(jìn)程狀態(tài)轉(zhuǎn)換的時(shí)刻：進(jìn)程終止、進(jìn)程睡眠（比如I/O阻塞就會(huì)導(dǎo)致這種情況），還比如進(jìn)程調(diào)用sleep()或exit()等函數(shù)進(jìn)行狀態(tài)轉(zhuǎn)換。?

? ?II）當(dāng)前進(jìn)程的時(shí)間片用完時(shí)。

? ? ?III）設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序，當(dāng)設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序執(zhí)行長而重復(fù)的任務(wù)時(shí)，在每次反復(fù)循環(huán)中，驅(qū)動(dòng)程序讀檢查是否需要調(diào)度，如果必要，則調(diào)用調(diào)度程序schedule()放棄CPU。

? ? ?IV）進(jìn)程從中斷、異常及系統(tǒng)調(diào)用返回到用戶態(tài)時(shí)。

參考資料：

http://man7.org/linux/man-pages/man7/sched.7.html
http://man7.org/linux/man-pages/man2/sched_getaffinity.2.html
http://www.cnblogs.com/xiaotlili/p/3510224.html
http://www.708luo.com/?p=78 Linux
http://www.quora.com/What-is-the-difference-between-the-NI-and-PR-values-in-the-top-1-commands-output
http://blog.csdn.net/hanchaoman/article/details/6697636
http://www.ibm.com/developerworks/cn/linux/l-affinity.html
http://blog.csdn.net/chenggong2dm/article/details/6131052

《Linux內(nèi)核設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)》（第3版）
《深入分析Linux內(nèi)核源代碼》（陳莉君著）

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的浅析Linux线程调度的全部內(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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