linux核心調度演算法（2）--CPU時間片如何分配

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核心在微觀上，把CPU的已耗用時間分成許多分，然後安排給各個進程輪流程執行，造成宏觀上所有的進程彷彿同時在執行。雙核CPU，實際上最多隻能有兩個進程在同時運行，大家在top、vmstat命令裡看到的正在啟動並執行進程，並不是真的在佔有著CPU哈。

所以，一些設計良好的高效能進程，比如nginx，都是實際上有幾顆CPU，就配幾個背景工作處理序，道理就在這。比如你的伺服器有8顆CPU，那麼nginx worker應當只有8個，當你多於8個時，核心可能會放超過多個nginx worker進程到1個runqueue裡，會發生什麼呢？就是在這顆CPU上，會比較均勻的把時間分配給這幾個nginx worker，每個worker進程運行完一個時間片後，核心需要做進程切換，把正在啟動並執行進程上下文儲存下來。假設核心分配的時間片是100ms，做進程切換的時間是5ms，那麼進程效能下降還是很明顯的，跟你配置的worker有關，中老年女裝越多下降得越厲害。

當然，這是跟nginx的設計有關的。nginx是事件驅動的全非同步進程，本身設計上就幾乎不存在阻塞和中斷，nginx的設計者就希望每一個nginx worker可以獨佔CPU的幾乎全部時間片，這點就是nginx worker數量配置的依據所在。

 

當然，實際的運行進程裡，大部分並不是nginx這種希望獨佔CPU全部時間片的進程，許多進程，比如vi，它在很多時間是在等待使用者輸入，這時vi在等待IO中斷，是不佔用時間片的，核心面對多樣化的進程，就需要技巧性的分配CPU時間片了。

 

核心分配時間片是有策略和傾向性的。換句話說，核心是偏心的，它喜歡的是IO消耗型進程，因為這類進程如果不能及時響應，使用者就會很不爽，所以它總會下意識的多分配CPU已耗用時間給這類進程。而CPU消耗進程核心就不太關心了。這有道理嗎？太有了，CPU消耗型慢一點使用者感知不出來，電訊號和生物訊號運轉速度差距巨大。雖然核心盡量多的分配時間片給IO消耗型進程，但IO消耗進程常常在睡覺，給它的時間片根本用不掉。很合理吧？

 

那麼核心具體是怎麼實現這種偏心呢？通過動態調整進程的優先順序，以及分配不同長短的CPU時間處來實現。先說核心如何決定時間片的長度。

對每一個進程，有一個整型static_prio表示使用者佈建的靜態優先順序，核心裡它與nice值是對應的。看看進程描述結構裡的static_prio成員。

 

 

nice值是什嗎？其實就是優先順序針對使用者進程的另一種標記法，nice的取值範圍是-20到+19，-20優先順序最高，+19最低。上篇曾經說過，核心優先順序共有140，而使用者能夠設定的NICE優先順序如何與這140個優先順序對應起來呢？看代碼：

 

 

 

可以看到，MAX_PRIO就是140，也就是核心定義的最大優先順序了。

 

 

而MAX_USER_PRIO就是40，意指，普通進程指定的優先順序別最多40，就像前面我們講的那樣-20到+19。

 

 

 

nice值是-20表示最高，對應著static_prio是多少呢？NICE_TO_PRIO(0)就是120，NICE_TO_PRIO(-20)就是100。

 

 

當該進程剛被其父進程fork出來時，是平分其父進程的剩餘時間片的。這個時間片執行完後，就會根據它的初始優先順序來重新分配時間片，優先順序為+19時最低，只分配最小時間片5ms，優先順序為0時是100ms，優先順序是-20時是最大時間片800ms。我們看看核心是如何計算時間片長度的，大家先看下task_timeslice時間片計算函數：

linux核心調度演算法（2）--CPU時間片如何分配