调度机制的原理

进程和线程的调度都是由内核来完成的。操作系统内核包含一个调度器（scheduler），负责管理和调度所有进程和线程。调度器根据特定的调度策略和优先级规则来决定哪个进程或线程应该获得CPU资源，从而实现多任务和并发执行。

调度过程分为以下几个步骤：

预选：调度器会从进程和线程列表中选择一个候选者，作为接下来要运行的执行单元。

上下文切换：调度器会将当前运行的进程或线程的状态（包括寄存器、程序计数器等）保存到内核数据结构中，然后将选定的候选者的状态加载到CPU中。

执行：选定的进程或线程开始运行。它会在用户态执行指令，直到发生某个事件（如时间片用完、系统调用、中断等），需要重新进行调度。

再次调度：当一个进程或线程无法继续运行时（例如，因为它需要等待I/O操作完成），调度器会再次执行预选和上下文切换，将另一个进程或线程调度到CPU上。

在整个过程中，线程会在用户态和内核态之间切换。当线程执行完一个时间片或遇到需要内核介入的事件时（如系统调用、中断处理等），它会切换到内核态，让调度器重新分配资源。调度器在内核态运行，可以确保对系统资源的控制和管理。

在多核处理器系统中，调度器可以同时调度多个进程或线程在不同的核心上运行，以实现真正的并行执行。总之，进程和线程的调度都是通过内核来完成的，内核调度器负责管理和分配CPU资源，以实现高效的多任务和并发执行。

查询当前进程或线程的资源使用情况

在Linux中，可以使用getrusage()系统调用查询当前进程或线程的资源使用情况，包括本次被调度的时间,另外,通过分析/proc//sched文件中的调度统计信息，可以间接了解进程的调度情况。

getrusage()会返回一个rusage结构，其中包含了各种资源使用信息。以下是rusage结构的定义：

struct rusage {
   struct timeval ru_utime; /* 用户态使用的CPU时间 */
   struct timeval ru_stime; /* 内核态使用的CPU时间 */
   // ...其他资源使用信息
};

getrusage()函数的原型如下：

int getrusage(int who, struct rusage *usage);

who参数可以是以下值之一：

• RUSAGE_SELF：查询当前进程的资源使用情况。
• RUSAGE_CHILDREN：查询已终止且已收集的所有子进程的资源使用情况。
• RUSAGE_THREAD（Linux-specific）：查询当前线程的资源使用情况。

要查询本次被调度的时间，可以将ru_utime和ru_stime的值相加，得到总的CPU时间。

调度优先级基本知识

• cpu分配资源的先后顺序就是优先级
• 优先权高的进程有优先执行的权利
• 可以让进程运行在指定的cpu上，改善系统整体性能
• 用top或者ps -l查看进程会发现有PR(PRI) NI两个字段：NI 是优先值，是用户层面的概念， PR是进程的实际优先级， 是给内核(kernel)看(用)的。

Linux进程调度的三种策略

SCHED_OTHER，分时调度策略

该策略是是默认的Linux分时调度（time-sharing scheduling）策略，它是Linux线程默认的调度策略。SCHED_OTHER策略的静态优先级总是为0，对于该策略列表上的线程，调度器是基于动态优先级（dynamic priority）来调度的，动态优先级是跟nice中相关(nice值可以由接口nice, setpriority,sched_setattr来设置)，该值会随着线程的运行时间而动态改变，以确保所有具有SCHED_OTHER策略的线程公平运行

SCHED_FIFO，实时调度策略，先到先服务。

根据进程的优先级进行调度，一旦抢占到 CPU 则一直运行，直到自己主动放弃或被被更高优先级的进程抢占;

SCHED_RR，实时调度策略，时间片轮转

在 SCHED_FIFO 的基础上，加上了时间片的概念。当一个进程抢占到 CPU 之后，运行到一定的时间后，调度器会把这个进程放在 CPU 中，当前优先级进程队列的末尾，然后选择另一个相同优先级的进程来执行;

Linux 线程优先级

这张图表示的是内核中的优先级，分为两段。

前面的数值 0-99 是实时任务，后面的数值 100-139 是普通任务。

数值越低，代表这个任务的优先级越高。

以上是从内核角度来看的优先级。

我们在应用层创建线程的时候，设置了一个优先级数值，这是从应用层角度来看的优先级数值。

但是内核并不会直接使用应用层设置的这个数值，而是经过了一定的运算，才得到内核中所使用的优先级数值(0 ~ 139)。

对于实时任务

我们在创建线程的时候，可以通过下面这样的方式设置优先级数值(0 ~ 99)：

struct sched_param param;
param.__sched_priority = xxx;

当创建线程函数进入内核层面的时候，内核通过下面这个公式来计算真正的优先级数值：

kernel priority = 100 - 1 - param.__sched_priority

如果应用层传入数值 0，那么在内核中优先级数值就是 99(100 - 1 - 0 = 99)，在所有实时任务中，它的优先级是最低的。

如果应用层传输数值 99，那么在内核中优先级数值就是 0(100 - 1 - 99 = 0)，在所有实时任务中，它的优先级是最高的。

因此，从应用层的角度看，传输人优先级数值越大，线程的优先级就越高；数值越小，优先级就越低。

与内核角度是完全相反的！

对于普通任务

调整普通任务的优先级，是通过 nice 值来实现的，内核中也有一个公式来把应用层传入的 nice 值，转成内核角度的优先级数值：

kernel prifoity = 100 + 20 + nice

nice 的合法数值是：-20 ~ 19。

如果应用层设置线程 nice 数值为 -20，那么在内核中优先级数值就是 100(100 + 20 + (-20) = 100)，在所有的普通任务中，它的优先级是最高的。

如果应用层设置线程 nice 数值为 19，那么在内核中优先级数值就是 139(100 +20 +19 = 139)，在所有的普通任务中，它的优先级是最低的。

因此，从应用层的角度看，传输人优先级数值越小，线程的优先级就越高；数值越大，优先级就越低。

与内核角度是完全相同的！

top中的PR和NI

多核调度

对于多核处理器，分布不同核时，调度策略、优先级，都不起作用！(准确的说：调度策略和优先级，在线程所在的那个 CPU 中是起作用的)