CFS: 虚拟运行时间

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nice和prio的关系如下:

#define NICE_TO_PRIO(nice) (MAX_RT_PRIO+nice+20)

#define PRIO_TO_NICE(prio) (prio-MAX_RT_PRIO-20)

其中,MAX_RT_PRIO=100,nice的值在-20到19之前,那么优先级就在100 -139之间。

prio和weight之间的转换关系参见prio_to_weight。

CFS可实现几种不同的公平策略,这些策略是根据调度的对象的不同来区分的。

默认的是不开组调度的公平策略,即调度的单位是每个调度实体。我们来详细看一下是怎么调度的:

假设现在系统有A,B,C三个进程,A.weight=1,B.weight=2,C.weight=3.那么我们可以计算出整个公平调度队列的总权重是cfs_rq.weight = 6,很自然的想法就是,公平就是你在重量中占的比重的多少来你的重要性,那么,A的重要性就是1/6,同理,B和C的重要性分别是2/6,3/6.很显然C最重要就应改被先调度,而且占用的资源也应该最多,即假设A,B,C运行一遍的总时间假设是6个时间单位的话,A占1个单位,B占2个单位,C占三个单位。这就是CFS的公平策略。

linux内核采用了计算公式:

ideal_time = sum_runtime *se.weight/cfs_rq.weight

ideal_time:每个进程应该运行的时间

sum_runtime:运行队列中所有任务运行完一遍的时间

se.weight:当前进程的权重

cfs.weight:整个cfs_rq的总权重

这里se.weight和cfs.weight根据上面讲解我们可以算出

sum_runtime是怎们计算的呢,linux内核中这是个经验值:

经验公式是:

(1) sum_runtime=sysctl_sched_min_granularity *nr_running(if 进程数 > 5)

(2) sum_runtime=sysctl_sched_latency = 20ms           (if 进程数 <=5)

注:sysctl_sched_min_granularity =4ms

linux内核代码中是通过一个叫vruntime的变量来实现上面的原理的,即:

每一个进程拥有一个vruntime,每次需要调度的时候就选运行队列中拥有最小vruntime的那个进程来运行,

vruntime在时钟中断里面被维护,每次时钟中断都要更新当前进程的vruntime,

即vruntime以如下公式逐渐增长:

(1) vruntime +=  delta* NICE_0_LOAD/se.weight;(if curr.nice!=NICE_0_LOAD)

(2) vruntime += delta;                        (ifcurr.nice=NICE_0_LOAD)

  delta:为进程增加的实际运行时间
在用户态进程的优先级nice值与CFS调度器中的权重又有什么关系?
在内核中通过prio_to_weight数组进行nice值和权重的转换。 static const int prio_to_weight[] = { /* -20 */ , , , , , /* -15 */ , , , , , /* -10 */ , , , , , /* -5 */ , , , , , /* 0 */ , , , , , /* 5 */ , , , , , /* 10 */ , , , , , /* 15 */ , , , , , };
而在内核中,进程的虚拟运行时间是自进程诞生以来进行累加的,每个时钟周期内一个进程的虚拟运行时间是通过下面的方法计算的: 一次调度间隔的虚拟运行时间=实际运行时间*(NICE_0_LOAD/权重) 其中,NICE_0_LOAD是nice为0时的权重。
也就是说,nice值为0的进程实际运行时间和虚拟运行时间相同。 通过这个公式可以看到,权重越大的进程获得的虚拟运行时间越小,那么它将被调度器所调度的机会就越大。
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