這篇文章將為大家詳細(xì)講解有關(guān)Linux的進(jìn)程優(yōu)先級NI和PR有哪些區(qū)別呢，文章內(nèi)容質(zhì)量較高，因此小編分享給大家做個參考，希望大家閱讀完這篇文章后對相關(guān)知識有一定的了解。

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為什么要有進(jìn)程優(yōu)先級?

這似乎不用過多的解釋，畢竟自從多任務(wù)操作系統(tǒng)誕生以來，進(jìn)程執(zhí)行占用cpu的能力就是一個必須要可以人為控制的事情。因?yàn)橛械倪M(jìn)程相對重要，而有的進(jìn)程則沒那么重要。

進(jìn)程優(yōu)先級起作用的方式從發(fā)明以來基本沒有什么變化，無論是只有一個cpu的時代，還是多核cpu時代，都是通過控制進(jìn)程占用cpu時間的長短來實(shí)現(xiàn)的。

就是說在同一個調(diào)度周期中，優(yōu)先級高的進(jìn)程占用的時間長些，而優(yōu)先級低的進(jìn)程占用的短些。

請大家真的不要混淆了系統(tǒng)中的這兩個概念：nice(NI)和priority(PR)，他們有著千絲萬縷的關(guān)系，但對于當(dāng)前的Linux系統(tǒng)來說，它們并不是同一個概念。

我們看這個命令：

大家是否真的明白其中PRI列和NI列的具體含義有什么區(qū)別?

同樣的，如果是top命令：

大家是否搞清楚了這其中PR值和NI值的差別?如果沒有，那么我們可以首先搞清楚什么是nice值。

什么是NICE值?

NICE值應(yīng)該是熟悉Linux/UNIX的人很了解的概念了，它是反應(yīng)一個進(jìn)程“優(yōu)先級”狀態(tài)的值，其取值范圍是-20至19，一共40個級別。

這個值越小，表示進(jìn)程”優(yōu)先級”越高，而值越大“優(yōu)先級”越低。

例如，我們可以通過NICE命令來對一個將要執(zhí)行的bash命令進(jìn)行NICE值設(shè)置，方法是：

[root@zorrozou-pc0 zorro]# nice -n 10 bash

這樣我就又打開了一個bash，并且其nice值設(shè)置為10，而默認(rèn)情況下，進(jìn)程的優(yōu)先級應(yīng)該是從父進(jìn)程繼承來的，這個值一般是0。

我們可以通過nice命令直接查看到當(dāng)前shell的nice值：

[root@zorrozou-pc0 zorro]# nice 10

對比一下正常情況：

[root@zorrozou-pc0 zorro]# exit

退出當(dāng)前nice值為10的bash，打開一個正常的bash，我們查看下其 Nice值：

[root@zorrozou-pc0 zorro]# bash [root@zorrozou-pc0 zorro]# nice 0

另外，使用renice命令可以對一個正在運(yùn)行的進(jìn)程進(jìn)行nice值的調(diào)整，我們也可以使用比如top、ps等命令查看進(jìn)程的nice值，具體方法我就不多說了，大家可以參閱相關(guān)man  page。

需要大家注意的是，我在這里都在使用nice值這一稱謂，而非優(yōu)先級(priority)這個說法。

nice值雖然不是priority，但是它確實(shí)可以影響進(jìn)程的優(yōu)先級。

在英語中，如果我們形容一個人nice，那一般說明這個人的人緣比較好。什么樣的人人緣好?往往是謙讓、有禮貌的人。

比如，你跟一個nice的人一起去吃午飯，點(diǎn)了兩個一樣的飯，先上了一份后，nice的那位一般都會說：“你先吃你先吃！”，這就是人緣好，這人nice！但是如果另一份上的很晚，那么這位nice的人就要餓著了。

這說明什么?

越nice的人搶占資源的能力就越差，而越不nice的人搶占能力就越強(qiáng)。這就是nice值大小的含義，nice值越低，說明進(jìn)程越不nice，搶占cpu的能力就越強(qiáng)，優(yōu)先級就越高(作者這個解釋太形象了，小編忍不住要手動點(diǎn)贊!!)。

在原來使用O1調(diào)度的Linux上，我們還會把nice值叫做靜態(tài)優(yōu)先級，這也基本符合nice值的特點(diǎn)，就是當(dāng)nice值設(shè)定好了之后，除非我們用renice去改它，否則它是不變的。

而priority的值在之前內(nèi)核的O1調(diào)度器上表現(xiàn)是會變化的，所以也叫做動態(tài)優(yōu)先級。

什么是優(yōu)先級和實(shí)時進(jìn)程?

我們再來看看什么是priority值，就是ps命令中看到的PRI值或者top命令中看到的PR值。

本文為了區(qū)分這些概念，以后：

• 統(tǒng)一用nice值表示NI值，或者叫做靜態(tài)優(yōu)先級，也就是用nice和renice命令來調(diào)整的優(yōu)先級;

• 而實(shí)用priority值表示PRI和PR值，或者叫動態(tài)優(yōu)先級。

• 我們也統(tǒng)一將“優(yōu)先級”這個詞的概念規(guī)定為表示priority值的意思。

在內(nèi)核中，進(jìn)程優(yōu)先級的取值范圍是通過一個宏定義的，這個宏的名稱是MAX_PRIO，它的值為140。

而這個值又是由另外兩個值相加組成的，一個是代表nice值取值范圍的NICE_WIDTH宏，另一個是代表實(shí)時進(jìn)程(realtime)優(yōu)先級范圍的MAX_RT_PRIO宏。

說白了就是，Linux實(shí)際上實(shí)現(xiàn)了140個優(yōu)先級范圍，取值范圍是從0-139，這個值越小，優(yōu)先級越高。nice值的-20到19，映射到實(shí)際的優(yōu)先級范圍是100-139。

新產(chǎn)生進(jìn)程的默認(rèn)優(yōu)先級被定義為：

#define DEFAULT_PRIO (MAX_RT_PRIO + NICE_WIDTH / 2)

實(shí)際上對應(yīng)的就是nice值的0。

正常情況下，任何一個進(jìn)程的優(yōu)先級都是這個值，即使我們通過nice和renice命令調(diào)整了進(jìn)程的優(yōu)先級，它的取值范圍也不會超出100-139的范圍，除非這個進(jìn)程是一個實(shí)時進(jìn)程，那么它的優(yōu)先級取值才會變成0-99這個范圍中的一個。

這里隱含了一個信息，就是說當(dāng)前的Linux是一種已經(jīng)支持實(shí)時進(jìn)程的操作系統(tǒng)。

什么是實(shí)時操作系統(tǒng)?

我們就不再這里詳細(xì)解釋其含義以及在工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用了，有興趣的可以參考一下實(shí)時操作系統(tǒng)的維基百科。

簡單來說，實(shí)時操作系統(tǒng)需要保證相關(guān)的實(shí)時進(jìn)程在較短的時間內(nèi)響應(yīng)，不會有較長的延時，并且要求最小的中斷延時和進(jìn)程切換延時。

對于這樣的需求，一般的進(jìn)程調(diào)度算法，無論是O1還是CFS都是無法滿足的，所以內(nèi)核在設(shè)計(jì)的時候，將實(shí)時進(jìn)程單獨(dú)映射了100個優(yōu)先級，這些優(yōu)先級都要高于正常進(jìn)程的優(yōu)先級(nice值)，而實(shí)時進(jìn)程的調(diào)度算法也不同，它們采用更簡單的調(diào)度算法來減少調(diào)度開銷。

總的來說，Linux系統(tǒng)中運(yùn)行的進(jìn)程可以分成兩類：

• 實(shí)時進(jìn)程

• 非實(shí)時進(jìn)程

它們的主要區(qū)別就是通過優(yōu)先級來區(qū)分的。

所有優(yōu)先級值在0-99范圍內(nèi)的，都是實(shí)時進(jìn)程，所以這個優(yōu)先級范圍也可以叫做實(shí)時進(jìn)程優(yōu)先級，而100-139范圍內(nèi)的是非實(shí)時進(jìn)程。

在系統(tǒng)中可以使用chrt命令來查看、設(shè)置一個進(jìn)程的實(shí)時優(yōu)先級狀態(tài)。我們可以先來看一下chrt命令的使用：

我們先來關(guān)注顯示出的Policy options部分，會發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)給各種進(jìn)程提供了5種調(diào)度策略。

但是這里并沒有說明的是，這五種調(diào)度策略是分別給兩種進(jìn)程用的，對于實(shí)時進(jìn)程可以用的調(diào)度策略是：SCHED_FIFO、SCHED_RR，而對于非實(shí)時進(jìn)程則是：SCHED_OTHER、SCHED_OTHER、SCHED_IDLE。

系統(tǒng)的整體優(yōu)先級策略是：

• 如果系統(tǒng)中存在需要執(zhí)行的實(shí)時進(jìn)程，則優(yōu)先執(zhí)行實(shí)時進(jìn)程。

• 直到實(shí)時進(jìn)程退出或者主動讓出CPU時，才會調(diào)度執(zhí)行非實(shí)時進(jìn)程。

實(shí)時進(jìn)程可以指定的優(yōu)先級范圍為1-99，將一個要執(zhí)行的程序以實(shí)時方式執(zhí)行的方法為：

[root@zorrozou-pc0 zorro]# chrt 10 bash [root@zorrozou-pc0 zorro]# chrt -p $$ pid 14840's current scheduling policy: SCHED_RR pid 14840's current scheduling priority: 10

可以看到，新打開的bash已經(jīng)是實(shí)時進(jìn)程，默認(rèn)調(diào)度策略為SCHED_RR，優(yōu)先級為10。如果想修改調(diào)度策略，就加個參數(shù)：

[root@zorrozou-pc0 zorro]# chrt -f 10 bash [root@zorrozou-pc0 zorro]# chrt -p $$ pid 14843's current scheduling policy: SCHED_FIFO pid 14843's current scheduling priority: 10

剛才說過，SCHED_RR和SCHED_FIFO都是實(shí)時調(diào)度策略，只能給實(shí)時進(jìn)程設(shè)置。對于所有實(shí)時進(jìn)程來說，優(yōu)先級高的(就是priority數(shù)字小的)進(jìn)程一定會保證先于優(yōu)先級低的進(jìn)程執(zhí)行。

SCHED_RR和SCHED_FIFO的調(diào)度策略只有當(dāng)兩個實(shí)時進(jìn)程的優(yōu)先級一樣的時候才會發(fā)生作用，其區(qū)別也是顧名思義：

SCHED_FIFO

以先進(jìn)先出的隊(duì)列方式進(jìn)行調(diào)度，在優(yōu)先級一樣的情況下，誰先執(zhí)行的就先調(diào)度誰，除非它退出或者主動釋放CPU。

SCHED_RR

以時間片輪轉(zhuǎn)的方式對相同優(yōu)先級的多個進(jìn)程進(jìn)行處理。時間片長度為100ms。

這就是Linux對于實(shí)時進(jìn)程的優(yōu)先級和相關(guān)調(diào)度算法的描述。整體很簡單，也很實(shí)用。

而相對更麻煩的是非實(shí)時進(jìn)程，它們才是Linux上進(jìn)程的主要分類。對于非實(shí)時進(jìn)程優(yōu)先級的處理，我們首先還是要來介紹一下它們相關(guān)的調(diào)度算法：O1和CFS。

什么是O1調(diào)度?

O1調(diào)度算法是在Linux 2.6開始引入的，到Linux 2.6.23之后內(nèi)核將調(diào)度算法替換成了CFS。

雖然O1算法已經(jīng)不是當(dāng)前內(nèi)核所默認(rèn)使用的調(diào)度算法了，但是由于大量線上的服務(wù)器可能使用的Linux版本還是老版本，所以我相信很多服務(wù)器還是在使用著O1調(diào)度器，那么費(fèi)一點(diǎn)口舌簡單交代一下這個調(diào)度器也是有意義的。

這個調(diào)度器的名字之所以叫做O1，主要是因?yàn)槠渌惴ǖ臅r間復(fù)雜度是O1。

O1調(diào)度器仍然是根據(jù)經(jīng)典的時間片分配的思路來進(jìn)行整體設(shè)計(jì)的。

簡單來說，時間片的思路就是將CPU的執(zhí)行時間分成一小段一小段的，假如是5ms一段。于是多個進(jìn)程如果要“同時”執(zhí)行，實(shí)際上就是每個進(jìn)程輪流占用5ms的cpu時間，而從1s的時間尺度上看，這些進(jìn)程就是在“同時”執(zhí)行的。

當(dāng)然，對于多核系統(tǒng)來說，就是把每個核心都這樣做就行了。而在這種情況下，如何支持優(yōu)先級呢?

實(shí)際上就是將時間片分配成大小不等的若干種，優(yōu)先級高的進(jìn)程使用大的時間片，優(yōu)先級小的進(jìn)程使用小的時間片。這樣在一個周期結(jié)速后，優(yōu)先級大的進(jìn)程就會占用更多的時間而因此得到特殊待遇。

O1算法還有一個比較特殊的地方是，即使是相同的nice值的進(jìn)程，也會再根據(jù)其CPU的占用情況將其分成兩種類型：CPU消耗型和IO消耗性。

典型的CPU消耗型的進(jìn)程的特點(diǎn)是，它總是要一直占用CPU進(jìn)行運(yùn)算，分給它的時間片總是會被耗盡之后，程序才可能發(fā)生調(diào)度。

比如常見的各種算數(shù)運(yùn)算程序。

而IO消耗型的特點(diǎn)是，它經(jīng)常時間片沒有耗盡就自己主動先釋放CPU了。

比如vi，emacs這樣的編輯器就是典型的IO消耗型進(jìn)程。

為什么要這樣區(qū)分呢?因?yàn)镮O消耗型的進(jìn)程經(jīng)常是跟人交互的進(jìn)程，比如shell、編輯器等。

當(dāng)系統(tǒng)中既有這種進(jìn)程，又有CPU消耗型進(jìn)程存在，并且其nice值一樣時，假設(shè)給它們分的時間片長度是一樣的，都是500ms，那么人的操作可能會因?yàn)镃PU消耗型的進(jìn)程一直占用CPU而變的卡頓。

可以想象，當(dāng)bash在等待人輸入的時候，是不占CPU的，此時CPU消耗的程序會一直運(yùn)算，假設(shè)每次都分到500ms的時間片，此時人在bash上敲入一個字符的時候，那么bash很可能要等個幾百ms才能給出響應(yīng)，因?yàn)樵谌饲萌胱址臅r候，別的進(jìn)程的時間片很可能并沒有耗盡，所以系統(tǒng)不會調(diào)度bash程度進(jìn)行處理。

為了提高IO消耗型進(jìn)程的響應(yīng)速度，系統(tǒng)將區(qū)分這兩類進(jìn)程，并動態(tài)調(diào)整CPU消耗的進(jìn)程將其優(yōu)先級降低，而IO消耗型的將其優(yōu)先級變高，以降低CPU消耗進(jìn)程的時間片的實(shí)際長度。

已知nice值的范圍是-20-19，其對應(yīng)priority值的范圍是100-139，對于一個默認(rèn)nice值為0的進(jìn)程來說，其初始priority值應(yīng)該是120，隨著其不斷執(zhí)行，內(nèi)核會觀察進(jìn)程的CPU消耗狀態(tài)，并動態(tài)調(diào)整priority值，可調(diào)整的范圍是+-5。

就是說，***優(yōu)先級可以被自動調(diào)整到115，***到125。這也是為什么nice值叫做靜態(tài)優(yōu)先級，而priority值叫做動態(tài)優(yōu)先級的原因。不過這個動態(tài)調(diào)整的功能在調(diào)度器換成CFS之后就不需要了，因?yàn)镃FS換了另外一種CPU時間分配方式，這個我們后面再說。

什么是CFS完全公平調(diào)度?

O1已經(jīng)是上一代調(diào)度器了，由于其對多核、多CPU系統(tǒng)的支持性能并不好，并且內(nèi)核功能上要加入cgroup等因素，Linux在2.6.23之后開始啟用CFS作為對一般優(yōu)先級(SCHED_OTHER)進(jìn)程調(diào)度方法。

在這個重新設(shè)計(jì)的調(diào)度器中，時間片，動態(tài)、靜態(tài)優(yōu)先級以及IO消耗，CPU消耗的概念都不再重要。CFS采用了一種全新的方式，對上述功能進(jìn)行了比較完善的支持。

其設(shè)計(jì)的基本思路是：我們想要實(shí)現(xiàn)一個對所有進(jìn)程完全公平的調(diào)度器。

又是那個老問題：如何做到完全公平?答案跟上一篇IO調(diào)度中CFQ的思路類似：

如果當(dāng)前有n個進(jìn)程需要調(diào)度執(zhí)行，那么調(diào)度器應(yīng)該在一個比較小的時間范圍內(nèi)，把這n個進(jìn)程全都調(diào)度執(zhí)行一遍，并且它們平分cpu時間，這樣就可以做到所有進(jìn)程的公平調(diào)度。

那么這個比較小的時間就是任意一個R狀態(tài)進(jìn)程被調(diào)度的***延時時間，即：任意一個R狀態(tài)進(jìn)程，都一定會在這個時間范圍內(nèi)被調(diào)度響應(yīng)。這個時間也可以叫做調(diào)度周期，其英文名字叫做：sched_latency_ns。

CFS的優(yōu)先級

當(dāng)然，CFS中還需要支持優(yōu)先級。在新的體系中，優(yōu)先級是以時間消耗(vruntime增長)的快慢來決定的。

就是說，對于CFS來說，衡量的時間累積的絕對值都是一樣紀(jì)錄在vruntime中的，但是不同優(yōu)先級的進(jìn)程時間增長的比率是不同的，高優(yōu)先級進(jìn)程時間增長的慢，低優(yōu)先級時間增長的快。

比如，優(yōu)先級為19的進(jìn)程，實(shí)際占用cpu為1秒，那么在vruntime中就記錄1s。但是如果是-20優(yōu)先級的進(jìn)程，那么它很可能實(shí)際占CPU用10s，在vruntime中才會紀(jì)錄1s。

CFS真實(shí)實(shí)現(xiàn)的不同nice值的cpu消耗時間比例在內(nèi)核中是按照“每差一級cpu占用時間差10%左右”這個原則來設(shè)定的。

這里的大概意思是說，如果有兩個nice值為0的進(jìn)程同時占用cpu，那么它們應(yīng)該每人占50%的cpu，如果將其中一個進(jìn)程的nice值調(diào)整為1的話，那么此時應(yīng)保證優(yōu)先級高的進(jìn)程比低的多占用10%的cpu，就是nice值為0的占55%，nice值為1的占45%。那么它們占用cpu時間的比例為55:45。

這個值的比例約為1.25。就是說，相鄰的兩個nice值之間的cpu占用時間比例的差別應(yīng)該大約為1.25。根據(jù)這個原則，內(nèi)核對40個nice值做了時間計(jì)算比例的對應(yīng)關(guān)系，它在內(nèi)核中以一個數(shù)組存在：

多CPU的CFS調(diào)度是怎樣的?

在上面的敘述中，我們可以認(rèn)為系統(tǒng)中只有一個CPU，那么相關(guān)的調(diào)度隊(duì)列只有一個。

實(shí)際情況是系統(tǒng)是有多核甚至多個CPU的，CFS從一開始就考慮了這種情況，它對每個CPU核心都維護(hù)一個調(diào)度隊(duì)列，這樣每個CPU都對自己的隊(duì)列進(jìn)程調(diào)度即可。

這也是CFS比O1調(diào)度算法更高效的根本原因：每個CPU一個隊(duì)列，就可以避免對全局隊(duì)列使用大內(nèi)核鎖，從而提高了并行效率。

當(dāng)然，這樣最直接的影響就是CPU之間的負(fù)載可能不均，為了維持CPU之間的負(fù)載均衡，CFS要定期對所有CPU進(jìn)行l(wèi)oad  balance操作，于是就有可能發(fā)生進(jìn)程在不同CPU的調(diào)度隊(duì)列上切換的行為。

這種操作的過程也需要對相關(guān)的CPU隊(duì)列進(jìn)行鎖操作，從而降低了多個運(yùn)行隊(duì)列帶來的并行性。

不過總的來說，CFS的并行隊(duì)列方式還是要比O1的全局隊(duì)列方式要高效。尤其是在CPU核心越來越多的情況下，全局鎖的效率下降顯著增加。

小編的目的是從Linux系統(tǒng)進(jìn)程的優(yōu)先級為出發(fā)點(diǎn)，我們也對CFS調(diào)度算法進(jìn)行了比較深入的分析。在我的經(jīng)驗(yàn)來看，這些知識對我們在觀察系統(tǒng)的狀態(tài)和相關(guān)優(yōu)化的時候都是非常有用的。

比如在使用top命令的時候，NI和PR值到底是什么意思?類似的地方還有ps命令中的NI和PRI值、ulimit命令-e和-r參數(shù)的區(qū)別等等。當(dāng)然，希望看完本文后，能讓大家對這些命令顯示的了解更加深入。

除此之外，我們還會發(fā)現(xiàn)，雖然top命令中的PR值和ps -l命令中的PRI值的含義是一樣的，但是在優(yōu)先級相同的情況下，它們顯示的值確不一樣。

關(guān)于Linux的進(jìn)程優(yōu)先級NI和PR有哪些區(qū)別呢就分享到這里了，希望以上內(nèi)容可以對大家有一定的幫助，可以學(xué)到更多知識。如果覺得文章不錯，可以把它分享出去讓更多的人看到。

當(dāng)前文章：Linux的進(jìn)程優(yōu)先級NI和PR有哪些區(qū)別呢
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