Linux的进程优先级(3)

　　O1调度器仍然是根据经典的时间片分配的思路来进行整体设计的。简单来说，时间片的思路就是将CPU的执行时间分成一小段一小段的，假如是5ms一段。于是多个进程如果要“同时”执行，实际上就是每个进程轮流占用5ms的cpu时间，而从1s的时间尺度上看，这些进程就是在“同时”执行的。当然，对于多核系统来说，就是把每个核心都这样做就行了。而在这种情况下，如何支持优先级呢?实际上就是将时间片分配成大小不等的若干种，优先级高的进程使用大的时间片，优先级小的进程使用小的时间片。这样在一个周期结速后，优先级大的进程就会占用更多的时间而因此得到特殊待遇。O1算法还有一个比较特殊的地方是，即使是相同的nice值的进程，也会再根据其CPU的占用情况将其分成两种类型：CPU消耗型和IO消耗性。典型的CPU消耗型的进程的特点是，它总是要一直占用CPU进行运算，分给它的时间片总是会被耗尽之后，程序才可能发生调度。比如常见的各种算数运算程序。而IO消耗型的特点是，它经常时间片没有耗尽就自己主动先释放CPU了，比如vi，emacs这样的编辑器就是典型的IO消耗型进程。

　　为什么要这样区分呢?因为IO消耗型的进程经常是跟人交互的进程，比如shell、编辑器等。当系统中既有这种进程，又有CPU消耗型进程存在，并且其nice值一样时，假设给它们分的时间片长度是一样的，都是500ms，那么人的操作可能会因为CPU消耗型的进程一直占用CPU而变的卡顿。可以想象，当bash在等待人输入的时候，是不占CPU的，此时CPU消耗的程序会一直运算，假设每次都分到500ms的时间片，此时人在bash上敲入一个字符的时候，那么bash很可能要等个几百ms才能给出响应，因为在人敲入字符的时候，别的进程的时间片很可能并没有耗尽，所以系统不会调度bash程度进行处理。为了提高IO消耗型进程的响应速度，系统将区分这两类进程，并动态调整CPU消耗的进程将其优先级降低，而IO消耗型的将其优先级变高，以降低CPU消耗进程的时间片的实际长度。已知nice值的范围是-20-19，其对应priority值的范围是100-139，对于一个默认nice值为0的进程来说，其初始priority值应该是120，随着其不断执行，内核会观察进程的CPU消耗状态，并动态调整priority值，可调整的范围是+-5。就是说，最高其优先级可以呗自动调整到115，最低到125。这也是为什么nice值叫做静态优先级而priority值叫做动态优先级的原因。不过这个动态调整的功能在调度器换成CFS之后就不需要了，因为CFS换了另外一种CPU时间分配方式，这个我们后面再说。

　　再简单了解了O1算法按时间片分配CPU的思路之后，我们再来结合进程的状态简单看看其算法描述。我们都知道进程有5种状态：

　　S(Interruptible sleep)：可中断休眠状态。

　　D(Uninterruptible sleep)：不可中断休眠状态。

　　R(Running or runnable)：执行或者在可执行队列中。

　　Z(Zombie process)：僵尸。

　　T(Stopped)：暂停。

　　在CPU调度时，主要只关心R状态进程，因为其他状态进程并不会被放倒调度队列中进行调度。调度队列中的进程一般主要有两种情况，一种是进程已经被调度到CPU上执行，另一种是进程正在等待被调度。出现这两种状态的原因应该好理解，因为需要执行的进程数可能多于硬件的CPU核心数，比如需要执行的进程有8个而CPU核心只有4个，此时cpu满载的时候，一定会有4个进程处在“等待”状态，因为此时有另外四个进程正在占用CPU执行。

　　根据以上情况我们可以理解，系统当下需要同时进行调度处理的进程数(R状态进程数)和系统CPU的比值，可以一定程度的反应系统的“繁忙”程度。需要调度的进程越多，核心越少，则意味着系统越繁忙。除了进程执行本身需要占用CPU以外，多个进程的调度切换也会让系统繁忙程度增加的更多。所以，我们往往会发现，R状态进程数量在增长的情况下，系统的性能表现会下降。系统中可以使用uptime命令查看系统平均负载指数(load average)：

　　其中load average中分别显示的是1分钟，5分钟，15分钟之内的平均负载指数(可以简单认为是相映时间范围内的R状态进程个数)。但是这个命令显示的数字是绝对个数，并没有表示出不同CPU核心数的实际情况。比如，如果我们的1分钟load average为16，而CPU核心数为32的话，那么这个系统的其实并不繁忙。但是如果CPU个数是8的话，那可能就意味着比较忙了。但是实际情况往往可能比这更加复杂，比如进程消耗类型也会对这个数字的解读有影响。总之，这个值的绝对高低并不能直观的反馈出来当前系统的繁忙程度，还需要根据系统的其它指标综合考虑。

原文转自：http://www.testwo.com/article/659