调度器nice值设计¶

本文档解释了新的Linux调度器中修改和精简后的nice级别的实现思路。

Linux的nice级别总是非常脆弱，人们持续不断地缠着我们，让nice +19的任务占用更少的CPU时间。

不幸的是，在旧的调度器中，这不是那么容易实现的（否则我们早就做到了），因为对 nice级别的支持在历史上是与时间片长度耦合的，而时间片单位是由HZ滴答驱动的，所以最小的时间片是1/HZ。

在O(1)调度器中（2003年），我们改变了负的nice级别，使它们比2.4内核更强（人们对这一变化很满意），而且我们还故意校正了线性时间片准则，使得nice +19 的级别 _正好_ 是1 jiffy。为了让大家更好地理解它，时间片的图会是这样的（质量不佳的ASCII艺术提醒！）:

                  A
            \     | [timeslice length]
             \    |
              \   |
               \  |
                \ |
                 \|___100msecs
                  |^ . _
                  |      ^ . _
                  |            ^ . _
-*----------------------------------*-----> [nice level]
-20               |                +19
                  |
                  |

因此，如果有人真的想renice任务，相较线性规则，+19会给出更大的效果（改变 ABI来扩展优先级的解决方案在早期就被放弃了）。

这种方法在一定程度上奏效了一段时间，但后来HZ=1000时，它导致1 jiffy为 1ms，这意味着0.1%的CPU使用率，我们认为这有点过度。过度 _不是_ 因为它表示的CPU使用率过小，而是因为它引发了过于频繁（每毫秒1次）的重新调度（因此会破坏缓存，等等。请记住，硬件更弱、cache更小是很久以前的事了，当时人们在 nice +19级别运行数量颇多的应用程序）。

因此，对于HZ=1000，我们将nice +19改为5毫秒，因为这感觉像是正确的最小粒度——这相当于5%的CPU利用率。但nice +19的根本的HZ敏感属性依然保持不变，我们没有收到过关于nice +19在CPU利用率方面太 _弱_ 的任何抱怨，我们只收到过它（依然）太 _强_ 的抱怨 :-)。

总结一下：我们一直想让nice各级别一致性更强，但在HZ和jiffies的限制下，以及 nice级别与时间片、调度粒度耦合是令人讨厌的设计，这一目标并不真正可行。

第二个关于Linux nice级别支持的抱怨是（不那么频繁，但仍然定期发生），它在原点周围的不对称性（你可以在上面的图片中看到），或者更准确地说：事实上 nice级别的行为取决于 _绝对的_ nice级别，而nice应用程序接口本身从根本上说是“相对”的：

int nice(int inc);

asmlinkage long sys_nice(int increment)

（第一个是glibc的应用程序接口，第二个是syscall的应用程序接口）注意，“inc”是相对当前nice级别而言的，类似bash的“nice”命令等工具是这个相对性应用程序接口的镜像。

在旧的调度器中，举例来说，如果你以nice +1启动一个任务，并以nice +2启动另一个任务，这两个任务的CPU分配将取决于父外壳程序的nice级别——如果它是 nice -10，那么CPU的分配不同于+5或+10。

第三个关于Linux nice级别支持的抱怨是，负数nice级别“不够有力”，以很多人不得不诉诸于实时调度优先级来运行音频（和其它多媒体）应用程序，比如 SCHED_FIFO。但这也造成了其它问题：SCHED_FIFO未被证明是免于饥饿的，一个有问题的SCHED_FIFO应用程序也会锁住运行良好的系统。

v2.6.23版内核的新调度器解决了这三种类型的抱怨：

为了解决第一个抱怨（nice级别不够“有力”），调度器与“时间片”、HZ的概念解耦（调度粒度被处理成一个和nice级别独立的概念），因此有可能实现更好、更一致的nice +19支持：在新的调度器中，nice +19的任务得到一个HZ无关的 1.5%CPU使用率，而不是旧版调度器中3%-5%-9%的可变范围。

为了解决第二个抱怨（nice各级别不一致），新调度器令调用nice(1)对各任务的 CPU利用率有相同的影响，无论其绝对nice级别如何。所以在新调度器上，运行一个 nice +10和一个nice +11的任务会与运行一个nice -5和一个nice -4的任务的 CPU利用率分割是相同的（一个会得到55%的CPU，另一个会得到45%）。这是为什么 nice级别被改为“乘法”（或指数）——这样的话，不管你从哪个级别开始，“相对” 结果将总是一样的。

第三个抱怨（负数nice级别不够“有力”，并迫使音频应用程序在更危险的 SCHED_FIFO调度策略下运行）几乎被新的调度器自动解决了：更强的负数级别具有重新校正nice级别动态范围的自动化副作用。