• 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。
    1 static const int prio_to_weight[40] = { 2 /* -20 */ 88761, 71755, 56483, 46273, 36291, 3 /* -15 */ 29154, 23254, 18705, 14949, 11916, 4 /* -10 */ 9548, 7620, 6100, 4904, 3906, 5 /* -5 */ 3121, 2501, 1991, 1586, 1277, 6 /* 0 */ 1024, 820, 655, 526, 423, 7 /* 5 */ 335, 272, 215, 172, 137, 8 /* 10 */ 110, 87, 70, 56, 45, 9 /* 15 */ 36, 29, 23, 18, 15, 10 }; 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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