linux线程调度策略

系统中既有分时调度,又有时间片轮转调度和先进先出调度

学习这个主要为了在linux多线程中,解决几条指令间延时在1-2ms内;
1.比如之前处理过:给一个板子发送一个can指令,接着需要给另外一个模块发送移动指令,且两则间隔要求不超过4ms;
2.比如现在又遇到一个:给一个模块发一个串口rtu指令(阻塞的),然后给另外一个模块发一个串口rtu指令(阻塞的),然后给一个板子发can移动指令,且三者之间的间隔固定,偏差不超过2ms;

linux系统默认的调度方式

对于 Linux x86 平台来说,一般采用的是 CFS:完全公平调度算法。之所以叫做完全公平,是因为操作系统以每个线程占用 CPU 的比率来进行动态的计算,操作系统希望每一个进程都能够平均的使用 CPU 这个资源,雨露均沾。

我们在创建一个线程的时候,默认就是这个调度算法 SCHED_OTHER,默认的优先级为 0。(这个我在多个平台和板子进行了验证)

Linux 系统还支持两种实时调度策略:

  1. SCHED_FIFO:根据进程的优先级进行调度,一旦抢占到 CPU 则一直运行,直达自己主动放弃或被被更高优先级的进程抢占;
  2. SCHED_RR: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

https://zhuanlan.zhihu.com/p/387806696
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。
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

与内核角度是相反的!

SCHED_FIFO : 0-99
SCHED_RR: 0-99

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。
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

测试代码说明

// filename: test.c
#define _GNU_SOURCE
#include <unistd.h>  
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <sched.h>
#include <pthread.h>

// 用来打印当前的线程信息:调度策略是什么?优先级是多少?
void get_thread_info(const int thread_index)
{
    int policy;
    struct sched_param param;

    printf("\n====> thread_index = %d \n", thread_index);

    pthread_getschedparam(pthread_self(), &policy, &param);
    if (SCHED_OTHER == policy)
        printf("thread_index %d: SCHED_OTHER \n", thread_index);
    else if (SCHED_FIFO == policy)
        printf("thread_index %d: SCHED_FIFO \n", thread_index);
    else if (SCHED_RR == policy)
        printf("thread_index %d: SCHED_RR \n", thread_index);

    printf("thread_index %d: priority = %d \n", thread_index, param.sched_priority);
}

// 线程函数,
void *thread_routine(void *args)
{

		
    // 参数是:线程索引号。四个线程,索引号从 1 到 4,打印信息中使用。
    int thread_index = *(int *)args;
    
    // 为了确保所有的线程都创建完毕,让线程睡眠1秒。
    sleep(1);

    // 打印一下线程相关信息:调度策略、优先级。
    get_thread_info(thread_index);

    long num = 0;
    for (int i = 0; i < 20; i++)
    {
        for (int j = 0; j < 5000000; j++)
        {
            // 没什么意义,纯粹是模拟 CPU 密集计算。
            float f1 = ((i+1) * 345.45) * 12.3 * 45.6 / 78.9 / ((j+1) * 4567.89);
            float f2 = (i+1) * 12.3 * 45.6 / 78.9 * (j+1);
            float f3 = f1 / f2;
            
        }usleep(100000);
        
        // 打印计数信息,为了能看到某个线程正在执行
        printf("thread_index %d: num = %ld \n", thread_index, num++);
    }
    
    // 线程执行结束
    printf("thread_index %d: exit \n", thread_index);
    return 0;
}

int main(void)
{
    // 一共创建四个线程:0和1-实时线程,2和3-普通线程(非实时)
    int thread_num = 4;
    
    // 分配的线程索引号,会传递给线程参数
    int index[4] = {1, 2, 3, 4};

    // 用来保存 4 个线程的 id 号
    pthread_t ppid[4];
    
    // 用来设置 2 个实时线程的属性:调度策略和优先级
    pthread_attr_t attr[2];
    struct sched_param param[2];

    // 实时线程,必须由 root 用户才能创建
    if (0 != getuid())
    {
        printf("Please run as root \n");
        //exit(0);
    }

    // 创建 4 个线程
    for (int i = 0; i < thread_num; i++)
    {
	 
				cpu_set_t mask;
		int cpus = sysconf(_SC_NPROCESSORS_CONF);
		CPU_ZERO(&mask);
		CPU_SET(0, &mask);
		if (pthread_setaffinity_np(pthread_self(), sizeof(mask), &mask) < 0)
		{
			printf("set thread affinity failed! \n");
		}	
        if (i <= 1)    // 前2个创建实时线程
        {
            // 初始化线程属性
            pthread_attr_init(&attr[i]);
            
            // 设置调度策略为:SCHED_FIFO SCHED_RR
            int res = pthread_attr_setschedpolicy(&attr[i], SCHED_FIFO);
            if(res != 0) printf("i =1 or 2 \n");
            // 设置优先级为 51,52。
            param[i].__sched_priority = 51 + i;
            res = pthread_attr_setschedparam(&attr[i], &param[i]);
            if(res != 0) printf("i =1 or 2 \n");
            // 设置线程属性:不要继承 main 线程的调度策略和优先级。
            pthread_attr_setinheritsched(&attr[i], PTHREAD_EXPLICIT_SCHED);
            
            // 创建线程
            pthread_create(&ppid[i], &attr[i],(void *)thread_routine, (void *)&index[i]);
        }
        else        // 后两个创建普通线程
        {
            pthread_create(&ppid[i], 0, (void *)thread_routine, (void *)&index[i]);
        }
        
    }

    // 等待 4 个线程执行结束
    for (int i = 0; i < 4; i++)
        pthread_join(ppid[i], 0);

    for (int i = 0; i < 2; i++)
        pthread_attr_destroy(&attr[i]);
}

编译:

gcc -o test test.c -lpthread

预期:

实时性优先级高的先执行,后面普通优先级在执行

note:

1.可能需要使用root权限
2.如果是多核的片子,需要把几个线程设置到一个核进行跑,才会出预期,不然可能出现同步情况

1,RR调度和FIFO调度的进程属于实时进程,以分时调度的进程是非实时进程。

2,当实时进程准备就绪后,如果当前cpu正在运行非实时进程,则实时进程立即抢占非实时进程。

3,RR进程和FIFO进程都采用实时优先级做为调度的权值标准,RR是FIFO的一个延伸。FIFO时,如果两个进程的优先级一样,则这两个优先级一样的进程具体执行哪一个是由其在队列中的位置决定的,这样导致一些不公正性(优先级是一样的,为什么要让你一直运行?),如果将两个优先级一样的任务的调度策略都设为RR,则保证了这两个任务可以循环执行,保证了公平。

调度策略

系统中的每个线程都关联了一个调度策略和优先级,调度器正是根据调度策略和优先级进行线程调度的,从而决定哪个线程将在下一个调度中得到CPU时间;

对于普通调度策略(SCHED_OTHER, SCHED_IDLE, SCHED_BATCH),优先级是没有作用的,实际上必须是0,这样实时测量线程可以马上抢占普通线程;

对于实时调度策略(SCHED_FIFO, SCHED_RR),优先级需要设置为1(最小)-99(最大)中的某个值;

调度器为每个优先级维护了一个待调度线程的列表,当需要进行调度时,调度器访问最高优先级的非空的列表,然后从列表头选择一个线程调度运行;

线程的调度策略决定了一个可调度线程应该放在哪个列表的哪个位置;

所有的调度都是支持抢占的,如果有高优先级的线程准备好运行了,那么它将抢占当前运行的线程,这使得当前线程被重新加入到等待调度的链表中;调度策略决定了在同一个优先级列表中的可调度线程的顺序;

其它查询和设置模式和优先级的函数

伪代码:
查看policy

int ******::get_thread_policy( pthread_attr_t &attr )
{
     int policy;
     int rs = pthread_attr_getschedpolicy( &attr, &policy );
     if(rs != 0)
     {
         apl_error("[%s] set err! \n",__func__);
     }
     switch ( policy )
      {
         case SCHED_FIFO:
                  cout << "policy = SCHED_FIFO" << endl;
                 break;
         case SCHED_RR:
                  cout << "policy = SCHED_RR" << endl;
                 break;
         case SCHED_OTHER:
                  cout << "policy = SCHED_OTHER" << endl;
                 break;
         default:
                  cout << "policy = UNKNOWN" << endl;
                 break;
      }
     return policy;
}

查询前模式的最大最小优先级

void ******::show_thread_priority( pthread_attr_t &attr, int policy )
{
     int priority = sched_get_priority_max( policy );
      cout << "max_priority = " << priority << endl;
      priority = sched_get_priority_min( policy );
      cout << "min_priority = " << priority << endl;
}

查询优先级

int ******::getThreadPriority( pthread_attr_t &attr )
{
     struct sched_param param;
     int rs = pthread_attr_getschedparam( &attr, &param );
     if(rs != 0)
     {
         apl_error("[%s] set err! \n",__func__);
     }
     apl_info("[%s] priority:%d \n" ,__func__ ,param.sched_priority);
     return param.sched_priority;
}

设置优先级

void ******::setThreadPolicy( pthread_attr_t &attr, int policy )
{
     int rs = pthread_attr_setschedpolicy( &attr, policy );
     if(rs != 0)
     {
         apl_error("[%s] set err! \n",__func__);
     }
     getThreadPolicy( attr );
}

设置模式

// 设置线程调度策略为SCHED_FIFO
 int res = pthread_attr_setschedpolicy(&(pUnit->startMethodTaskAttr), SCHED_FIFO);
  if(res != 0) apl_error("[%s] pthread_attr_setschedpolicy set err! \n",__func__);
// 设置线程优先级为99
                  param.sched_priority = 99;
                  res = pthread_attr_setschedparam(&(pUnit->startMethodTaskAttr), &param);

设置不继承
// 设置线程属性:不继承 main 线程的调度策略和优先级
pthread_attr_setinheritsched(&(*Attr), PTHREAD_EXPLICIT_SCHED);

其它

SCHED_FIFO:先进先出调度

SCHED_FIFO线程的优先级必须大于0,当它运行时,一定会抢占正在运行的普通策略的线程(SCHED_OTHER, SCHED_IDLE, SCHED_BATCH);SCHED_FIFO策略是没有时间片的算法,需要遵循以下规则:

1)如果一个SCHED_FIFO线程被高优先级线程抢占了,那么它将会被添加到该优先级等待列表的首部,以便当所有高优先级的线程阻塞的时候得到继续运行;

2)当一个阻塞的SCHED_FIFO线程变为可运行时,它将被加入到同优先级列表的尾部;

3)如果通过系统调用改变线程的优先级,则根据不同情况有不同的处理方式:

a)如果优先级提高了,那么线程会被添加到所对应新优先级的尾部,因此,这个线程有可能会抢占当前运行的同优先级的线程;

b)如果优先级没变,那么线程在列表中的位置不变;

c)如果优先级降低了,那么它将被加入到新优先级列表的首部;

根据POSIX.1-2008规定,除了使用pthread_setschedprio(3)以外,通过使用其他方式改变策略或者优先级会使得线程加入到对应优先级列表的尾部;

4)如果线程调用了sched_yield(2),那么它将被加入到列表的尾部;

SCHED_FIFO会一直运行,直到它被IO请求阻塞,或者被更高优先级的线程抢占,亦或者调用了sched_yield();

SCHED_RR:轮转调度

SCHED_RR是SCHED_FIFO的简单增强,除了对于线程占用的时间总量之外,对于SCHED_FIFO适用的规则对于SCHED_RR同样适用;如果SCHED_RR线程的运行时间大于等于时间总量,那么它将被加入到对应优先级列表的尾部;如果SCHED_RR线程被抢占了,当它继续运行时它只运行剩余的时间量;时间总量可以通过sched_rr_get_interval()函数获取;

SCHED_OTHER:默认Linux时间共享调度

SCHED_OTHER只能用于优先级为0的线程,SCHED_OTHER策略是所有不需要实时调度线程的统一标准策略;调度器通过动态优先级来决定调用哪个SCHED_OTHER线程,动态优先级是基于nice值的,nice值随着等待运行但是未被调度执行的时间总量的增长而增加;这样的机制保证了所有SCHED_OTHER线程调度的公平性;

限制实时线程的CPU使用时间

SCHED_FIFO, SCHED_RR的线程如果内部是一个非阻塞的死循环,那么它将一直占用CPU,使得其它线程没有机会运行;

在2.6.25以后出现了限制实时线程运行时间的新方式,可以使用RLIMIT_RTTIME来限制实时线程的CPU占用时间;Linux也提供了两个proc文件,用于控制为非实时线程运行预留CPU时间;

/proc/sys/kernel/sched_rt_period_us

这个文件中的数值指定了总CPU(100%)时间的宽度值,默认值是1,000,000;

/proc/sys/kernel/sched_rt_runtime_us

sched_rt_runtime_us 表示所有实时进程一次能占有CPU的最长时间,缺省是1秒,当这个时间被用完,他们必须等待下面参数sched_rt_period_us 表示的时间(缺省是0.95s)才能被重新调度。
sched_rt_period_us 表示下一次调度实时进程的时间。
看来这两个参数是在调度实时进程和非实时进程之间做调整和平衡。

两个文件的默认值是1s和0.95s,表示每秒种为一个周期,在这个周期中,所有实时进程运行的总时间不超过0.95秒,剩下的至少0.05秒会留给普通进程。也就是说,实时进程占有不超过95%的CPU。而在这两个文件出现之前,实时进程的运行时间是没有限制的,如果一直有处于TASK_RUNNING状态的实时进程,则普通进程会一直不能得到运行。相当于sched_rt_runtime_us等于sched_rt_period_us。

本文来自互联网用户投稿,该文观点仅代表作者本人,不代表本站立场。本站仅提供信息存储空间服务,不拥有所有权,不承担相关法律责任。如若转载,请注明出处:/a/10034.html

如若内容造成侵权/违法违规/事实不符,请联系我们进行投诉反馈qq邮箱809451989@qq.com,一经查实,立即删除!

相关文章

用ChatGPT怎么赚钱?普通人用这5个方法也能赚到生活费

ChatGPT在互联网火得一塌糊涂&#xff0c;因为它可以帮很多人解决问题。比如&#xff1a;帮编辑人员写文章&#xff0c;还可以替代程序员写代码&#xff0c;帮策划人员写文案策划等等。ChatGPT这么厉害&#xff0c;能否用它来赚钱呢&#xff1f;今天和大家分享用ChatGPT赚钱的5…

关键词数据分析-搜索词和关键词分析工具

要搜索热门关键词获取&#xff0c;可以采用以下几种方法&#xff1a; 使用百度指数&#xff1a;百度指数是一个实用的工具&#xff0c;可用于查看关键词的热度趋势、搜索量等数据。在百度指数中&#xff0c;您可以输入您要搜索的关键词&#xff0c;并查看近期的相关数据。这可以…

短视频矩阵怎么玩?抖音短视频矩阵运营详细攻略!

短视频矩阵的工作包括确定目标受众和平台、制定短视频内容策、短视频制作与发布&#xff0c;私信评论维护&#xff0c;短视频数据分析等。传统短视频矩阵需要大量的人力物力&#xff0c;操作起来比较复杂&#xff0c;使用短视频矩阵工具则可以提供极大的便利。      1、确定…

Vue项目中关于全局css的处理

Vue项目中关于全局css的处理步骤一&#xff1a;定义声明全局CSS的样式文件(common.scss)步骤二&#xff1a;挂载到全局封装一&#xff1a;对common.scss拆分封装二&#xff1a;新建index.scss&#xff0c;对elementPlus或者element-ui样式进行覆盖封装三&#xff1a;variable.s…

GitLab CI/CD 新书发布,助企业降本增效

前言 大家好&#xff0c;我是CSDN的拿我格子衫来&#xff0c; 昨天我的第一本书《GitLab CI/CD 从入门到实战》上架啦&#xff0c;这是业内第一本详细讲解GitLab CI/CD的书籍。 历经无数个日夜&#xff0c;最终开花结果。感触良多&#xff0c;今天就借这篇文章来谈一谈这本书的…

Java基础(十五):异常处理

Java基础系列文章 Java基础(一)&#xff1a;语言概述 Java基础(二)&#xff1a;原码、反码、补码及进制之间的运算 Java基础(三)&#xff1a;数据类型与进制 Java基础(四)&#xff1a;逻辑运算符和位运算符 Java基础(五)&#xff1a;流程控制语句 Java基础(六)&#xff1…

Linux内核设备驱动设备树概念与使用

一、设备树概念以及作用 1.1设备树概念 设备树(Device Tree)&#xff0c;将这个词分开就是“设备”和“树”&#xff0c;描述设备树的文件叫做 DTS(DeviceTree Source)&#xff0c;这个 DTS 文件采用树形结构描述板级设备&#xff0c;也就是开发板上的设备信息&#xff0c;比…

python入门:cl.exe‘ failed with exit status 2错误通用解决方案

文章目录 错误一错误二pypi.org独立安装正确安装错误一 error: Microsoft Visual C++ 14.0 or greater is required. Get it with "Microsoft C++ Build Tools": https://visualstudio.microsoft.com/visual-cpp-build-tools/ 这个错误在windows系统上安装python工…

Spring《三》DI依赖注入

&#x1f34e;道阻且长&#xff0c;行则将至。&#x1f353; 上一篇&#xff1a;Spring《二》bean的实例化与生命周期 下一篇&#xff1a;敬请期待 目录一、setter注入&#x1f349;1.注入引用数据类型2.注入简单数据类型二、构造器注入&#x1f34a;1.注入引用数据类型2.简单数…

Spring 源码分析(二)——GenericBeanDefinition 分析

BeanDefinition 中存储着 Bean 的定义信息&#xff0c;它具有属性值、构造函数参数值以及具体实现 Bean 提供的进一步信息&#xff0c;在学习 Spring 的 Bean 初始化流程之前&#xff0c;还是非常有必要先了解一下 BeanDefinition。 一、注册 Bean 示例 首先&#xff0c;本文…

SpringCloud微服务技术栈之网关服务Gateway

文章目录SpringCloud微服务技术栈之网关服务Gateway前言网关服务Gateway的基本概念Gateway的体系结构Gateway的主要功能网关服务Gateway的架构设计架构设计方案示例代码网关服务Gateway的实践操作1. 创建工程2. 配置路由规则3. 实现过滤器4. 集成服务注册中心5. 启动网关服务器…

2020年11月信息系统项目管理师真题(综合+案例)

请点击↑关注、收藏&#xff0c;本博客免费为你获取精彩知识分享&#xff01;有惊喜哟&#xff01;&#xff01; 1、&#xff08; &#xff09;使系统的描述及信息模型的表示与客观实体相对应&#xff0c;符合人们的思维习惯&#xff0c;有利于系统开发过程中用户与开发人员的…

Redhat6.7离线安装rabbitmq

一、下载资源文件&#xff08;.rpm文件&#xff09; 链接: https://pan.baidu.com/s/1j2Ze_Jjm0oMrP-r95PPCtA?pwdv3is 提取码: v3is 复制这段内容后打开百度网盘手机App&#xff0c;操作更方便哦 创建rabbit文件夹Mkdir rabbit 三、通过ftp上传文件 四、安装erlang环境 …

强大到让人无法想象的ChatGPT-5即将发布,上千名人士却紧急叫停

目录 【ChatGPT 5简介】 【ChatGPT 5的潜在应用】 【ChatGPT 5的潜在危险】 ChatGPT4还没有好好体验&#xff0c;比GPT4强大1000倍的ChatGPT5又即将发布&#xff01;届时将彻底改变人工智能领域&#xff0c;并改变我们现有的世界 【ChatGPT 5简介】 OpenAI计划在2023年12月发…

面试了上百位性能测试后,我发现了一个令人不安的事实...

在企业中负责技术招聘的同学&#xff0c;肯定都有一个苦恼&#xff0c;那就是招一个合适的测试太难了&#xff01;若要问起招哪种类型的测试最难时&#xff0c;相信很多人都会说出“性能测试”这个答案。 每当发布一个性能测试岗位&#xff0c;不一会就能收到上百份简历&#…

kafka-4 生产者和消费者

kafka的生产者和消费者四、 生产者4.1 分区分配策略4.2 副本和消息消费4.2.1 副本&#xff08;AR、ISR、OSR&#xff09;4.2.2 HW与LEO4.2.3 ISR 集合和 HW、LEO的关系五、消费者5.1 分区分配策略5.2 消费者offset的存储四、 生产者 4.1 分区分配策略 &#xff08;1&#xff…

Webpack 实践:配置、性能优化和最佳实践

总结 通过以下的配置示例和性能优化策略&#xff0c;我们希望能帮助你在 Webpack 实践中获得更好的开发体验和项目性能。这里仅仅是冰山一角&#xff0c;Webpack 的功能还有很多等待你去探索。 在本篇文章中&#xff0c;我们将深入探讨 Webpack 的实践&#xff0c;包括配置示例…

Python 小型项目大全 71~75

七十一、声音模拟 原文&#xff1a;http://inventwithpython.com/bigbookpython/project71.html 类似于西蒙电子玩具&#xff0c;这款识记游戏使用第三方playsound模块&#xff0c;播放四种不同的声音&#xff0c;分别对应键盘上的A、S、D、F键。当你成功地重复游戏给你的图案时…

【SSL】ssl证书简介、ssl证书生成工具与ssl证书生成步骤

ssl证书简介、ssl证书生成工具与ssl证书生成步骤一、ssl证书是什么&#xff1f;二、ssl证书生成工具有哪些&#xff1f;2.1、工具一&#xff1a;CFSSL2.2、工具二&#xff1a;OpenSSL2.3、工具三&#xff1a;XCA三、ssl证书有什么用&#xff1f;四、ssl证书生成步骤4.1 步骤1&a…

6基于二阶锥规划的主动配电网最优潮流求解

matlab代码&#xff1a;基于二阶锥规划的主动配电网最优潮流求解 参考文献&#xff1a;主动配电网多源协同运行优化研究_乔珊 摘要&#xff1a;最优潮流研究在配 电网规划运行 中不可或缺 &#xff0c; 且在大量分布式能源接入 的主动配 电网环境下尤 为重要 。传统的启发式算…