Linux 線程調度與優先級


Linux內核的三種調度策略:

  1,SCHED_OTHER 分時調度策略,
  2,SCHED_FIFO實時調度策略,先到先服務。一旦占用cpu則一直運行。一直運行直到有更高優先級任務到達或自己放棄
  3,SCHED_RR實時調度策略,時間片輪轉。當進程的時間片用完,系統將重新分配時間片,並置於就緒隊列尾。放在隊列尾保證了所有具有相同優先級的RR任務的調度公平
 
Linux線程優先級設置
   首先,可以通過以下兩個函數來獲得線程可以設置的最高和最低優先級,函數中的策略即上述三種策略的宏定義:

  int sched_get_priority_max(int policy);

  int sched_get_priority_min(int policy);

  SCHED_OTHER是不支持優先級使用的,而SCHED_FIFO和SCHED_RR支持優先級的使用,他們分別為1和99,數值越大優先級越高。
設置和獲取優先級通過以下兩個函數

int pthread_attr_setschedparam(pthread_attr_t *attr, const struct sched_param *param);
  int pthread_attr_getschedparam(const pthread_attr_t *attr, struct sched_param *param);
 param.sched_priority = 51; //設置優先級

   系統創建線程時,默認的線程是SCHED_OTHER。所以如果我們要改變線程的調度策略的話,可以通過下面的這個函數實現。

int pthread_attr_setschedpolicy(pthread_attr_t *attr, int policy);

上面的param使用了下面的這個數據結構:

struct sched_param

{
    int __sched_priority; //所要設定的線程優先級  /* Scheduling priority */
};


但是我在linux里使用: man pthread_attr_setschedpolicy  ,發現結構體是下面的這種類型

struct sched_param {
       int sched_priority;     /* Scheduling priority */
};

我們可以通過下面的測試程序來說明,我們自己使用的系統的支持的優先級:

#include <stdio.h>
#include <pthread.h>
#include <sched.h>
#include <assert.h>

static int get_thread_policy(pthread_attr_t *attr)
{
  int policy;
  int rs = pthread_attr_getschedpolicy(attr,&policy);
  assert(rs==0);
  switch(policy)
  {
  case SCHED_FIFO:
    printf("policy= SCHED_FIFO\n");
    break;
  case SCHED_RR:
    printf("policy= SCHED_RR");
    break;
  case SCHED_OTHER:
    printf("policy=SCHED_OTHER\n");
    break;
  default:
    printf("policy=UNKNOWN\n");
    break;
  }
  return policy;
}

static void show_thread_priority(pthread_attr_t *attr,int policy)
{
  int priority = sched_get_priority_max(policy);
  assert(priority!=-1);
  printf("max_priority=%d\n",priority);
  priority= sched_get_priority_min(policy);
  assert(priority!=-1);
  printf("min_priority=%d\n",priority);
}

static int get_thread_priority(pthread_attr_t *attr)
{
  struct sched_param param;
  int rs = pthread_attr_getschedparam(attr,&param);
  assert(rs==0);
  printf("priority=%d",param.__sched_priority);
  return param.__sched_priority;
}

static void set_thread_policy(pthread_attr_t *attr,int policy)
{
  int rs = pthread_attr_setschedpolicy(attr,policy);
  assert(rs==0);
  get_thread_policy(attr);
}

int main(void)
{
  pthread_attr_t attr;
  struct sched_param sched;
  int rs;
  rs = pthread_attr_init(&attr);
  assert(rs==0);

  int policy = get_thread_policy(&attr);
  printf("Show current configuration of priority\n");
    show_thread_priority(&attr,policy);
  printf("show SCHED_FIFO of priority\n");
 show_thread_priority(&attr,SCHED_FIFO);
  printf("show SCHED_RR of priority\n");
  show_thread_priority(&attr,SCHED_RR);
  printf("show priority of current thread\n");
  int priority = get_thread_priority(&attr);

  printf("Set thread policy\n");
  printf("set SCHED_FIFO policy\n");
  set_thread_policy(&attr,SCHED_FIFO);
  printf("set SCHED_RR policy\n");
  set_thread_policy(&attr,SCHED_RR);
  printf("Restore current policy\n");
  set_thread_policy(&attr,policy);

  rs = pthread_attr_destroy(&attr);
  assert(rs==0);
  return 0;
}

下面是測試程序的運行結果:

policy=SCHED_OTHER
Show current configuration of priority
max_priority=0
min_priority=0
show SCHED_FIFO of priority
max_priority=99
min_priority=1
show SCHED_RR of priority
max_priority=99
min_priority=1
show priority of current thread
priority=0Set thread policy
set SCHED_FIFO policy
policy= SCHED_FIFO
set SCHED_RR policy
policy= SCHED_RRRestore current policy
policy=SCHED_OTHER

 

 

這里測試一下其中的兩種特性,SCHED_OTHER和SCHED_RR,還有就是優先級的問題,是不是能夠保證,高優先級的線程,就可以保證先運行。
    下面的這個測試程序,創建了三個線程,默認創建的線程的調度策略是SCHED_OTHER,其余的兩個線程的調度策略設置成SCHED_RR。我的Linux的內核版本是2.6.31。SCHED_RR是根據時間片來確定線程的調度。時間片用完了,不管這個線程的優先級有多高都不會在運行,而是進入就緒隊列中,等待下一個時間片的到了,那這個時間片到底要持續多長時間?在《深入理解Linux內核》中的第七章進程調度中,是這樣描訴的,Linux采取單憑經驗的方法,即選擇盡可能長、同時能保持良好相應時間的一個時間片。這里也沒有給出一個具體的時間來,可能會根據不同的CPU 來定,還有就是多CPU 的情況。

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <stdlib.h>
#include <pthread.h>

void Thread1()
{
  sleep(1);
  int i,j;
  int policy;
  struct sched_param param;
  pthread_getschedparam(pthread_self(),&policy,&param);
  if(policy == SCHED_OTHER)
    printf("SCHED_OTHER\n");
  if(policy == SCHED_RR);
  printf("SCHED_RR 1 \n");
  if(policy==SCHED_FIFO)
    printf("SCHED_FIFO\n");

  for(i=1;i<10;i++)
  {
    for(j=1;j<5000000;j++)
    {
    }
    printf("thread 1\n");
  }
  printf("Pthread 1 exit\n");
}

void Thread2()
{
  sleep(1);
  int i,j,m;
  int policy;
  struct sched_param param;
pthread_getschedparam(pthread_self(),&policy,&param);
 if(policy == SCHED_OTHER)
    printf("SCHED_OTHER\n");
  if(policy == SCHED_RR);
  printf("SCHED_RR\n");
  if(policy==SCHED_FIFO)
    printf("SCHED_FIFO\n");

  for(i=1;i<10;i++)
  {
    for(j=1;j<5000000;j++)
    {
      
    }
    printf("thread 2\n");
  }
  printf("Pthread 2 exit\n");
}

void Thread3()
{
  sleep(1);
  int i,j;
  int policy;
  struct sched_param param;
pthread_getschedparam(pthread_self(),&policy,&param);
 if(policy == SCHED_OTHER)
    printf("SCHED_OTHER\n");
  if(policy == SCHED_RR)
    printf("SCHED_RR \n");
  if(policy==SCHED_FIFO)
    printf("SCHED_FIFO\n");

  for(i=1;i<10;i++)
  {
    for(j=1;j<5000000;j++)
    {
    }
    printf("thread 3\n");
  }
  printf("Pthread 3 exit\n");
}

int main()
{
  int i;
  i = getuid();
  if(i==0)
    printf("The current user is root\n");
  else
    printf("The current user is not root\n");

  pthread_t ppid1,ppid2,ppid3;
  struct sched_param param;

  pthread_attr_t attr,attr1,attr2;
  
  pthread_attr_init(&attr1);
pthread_attr_init(&attr);
pthread_attr_init(&attr2);
 
 param.sched_priority = 51;
 pthread_attr_setschedpolicy(&attr2,SCHED_RR);
 pthread_attr_setschedparam(&attr2,&param);
 pthread_attr_setinheritsched(&attr2,PTHREAD_EXPLICIT_SCHED);//要使優先級其作用必須要有這句話

 param.sched_priority = 21;
 pthread_attr_setschedpolicy(&attr1,SCHED_RR);
 pthread_attr_setschedparam(&attr1,&param);
 pthread_attr_setinheritsched(&attr1,PTHREAD_EXPLICIT_SCHED);
 
 pthread_create(&ppid3,&attr,(void *)Thread3,NULL);
 pthread_create(&ppid2,&attr1,(void *)Thread2,NULL);
 pthread_create(&ppid1,&attr2,(void *)Thread1,NULL);
 
 pthread_join(ppid3,NULL);
 pthread_join(ppid2,NULL);
 pthread_join(ppid1,NULL);
 pthread_attr_destroy(&attr2);
 pthread_attr_destroy(&attr1);
 return 0;
}

下面是該程序的其中之一的運行結果:                 注意運行時必須加sudo權限,才能進行優先級搶占

sudo ./prio_test
The current user is root
SCHED_OTHER
SCHED_RR
SCHED_RR 1 
thread 1
thread 1
thread 1
thread 1
thread 1
thread 1
thread 1
thread 1
thread 1
Pthread 1 exit
thread 2
thread 2
thread 2
thread 2
thread 2
thread 2
thread 2
thread 2
thread 2
Pthread 2 exit
thread 3
thread 3
thread 3
thread 3
thread 3
thread 3
thread 3
thread 3
thread 3
Pthread 3 exit

   這里我們可以看到,由於線程3的調度策略是SCHED_OTHER,而線程2的調度策略是SCHED_RR,所以,在Thread3中,線程3被線程1,線程2給搶占了。由於線程1的優先級大於線程2的優先級,所以,在線程1以先於線程2運行,不過,這里線程2有一部分代碼還是先於線程1運行了。
    我原以為,只要線程的優先級高,就會一定先運行,其實,這樣的理解是片面的,特別是在SMP的PC機上更會增加其不確定性。
    其實,普通進程的調度,是CPU根據進程優先級算出時間片,這樣並不能一定保證高優先級的進程一定先運行,只不過和優先級低的進程相比,通常優先級較高的進程獲得的CPU時間片會更長而已。其實,如果要想保證一個線程運行完在運行另一個線程的話,就要使用多線程的同步技術,信號量,條件變量等方法。
而不是絕對依靠優先級的高低,來保證。
    不過,從運行的結果上,我們可以看到,
調度策略為SCHED_RR的線程1,線程2確實搶占了調度策略為SCHED_OTHER的線程3。這個是可以理解的,由於SCHER_RR是實時調度策略。
   只有在下述事件之一發生時,實時進程才會被另外一個進程取代。
  (1) 進程被另外一個具有更高實時優先級的實時進程搶占。
  (2) 進程執行了阻塞操作並進入睡眠
  (3)進程停止(處於TASK_STOPPED 或TASK_TRACED狀態)或被殺死。
  (4)進程通過調用系統調用sched_yield(),自願放棄CPU 。
  (5)進程基於時間片輪轉的實時進程(SCHED_RR),而且用完了它的時間片。
   基於時間片輪轉的實時進程是,不是真正的改變進程的優先級,而是改變進程的基本時間片的長度。所以基於時間片輪轉的進程調度,並不能保證高優先級的進程先運行。
   下面是另一種運行結果:

sudo ./prio_test
The current user is root
SCHED_OTHER
SCHED_RR 1 
thread 1
thread 1
thread 1
thread 1
thread 1
thread 1
thread 1
thread 1
thread 1
Pthread 1 exit
SCHED_RR
thread 2
thread 2
thread 2
thread 2
thread 2
thread 2
thread 2
thread 2
thread 2
Pthread 2 exit
thread 3
thread 3
thread 3
thread 3
thread 3
thread 3
thread 3
thread 3
thread 3
Pthread 3 exit

  可以看出並沒有每一次都保證高優先級的線程先運行。


轉自:

https://www.cnblogs.com/xiaotlili/p/3510224.html



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Linux編程-線程優先級的設定

最近在學習Linux的編程,這里在博客中記錄一下學習的過程。

      對於線程的優先級設定,在網上也看了不少的文章,大多數都只介紹了一個線程,關鍵是介紹的例程,設置的線程優先級都不起作用。由於之前接觸的Linux編程知識比較少,這個問題困擾了我一晚上。於是接着在網上看資料,終於能夠使線程的優先級設置有效。

1、相關知識介紹

      首先總結一下,線程優先級設置的條件:

      a、線程的調度策略必須為:SCHED_RR或SCHED_FIFO;

      b、線程的繼承策略必須為:PTHREAD_EXPLICIT_SCHED

      對於繼承策略,這里舉個簡單的例子:

      如果線程A創建了線程B,則線程B的調度策略與線程A的調度策略和線程B的繼承策略有關的:

如果線程B繼承策略為PTHREAD_INHERIT_SCHED,則線程B的調度策略與線程A相同,線程B的優先級也與線程A相同,但是線程B不能夠自己修改調度策略與優先級(個人理解,不對請指教);

     如果線程B繼承策略PTHREAD_EXPLICIT_SCHED,則線程B的調度策略由線程屬性attr決定,可以自行設置調度策略與優先級。

      其中繼承策略必須為PTHREAD_EXPLICIT_SCHED,否則設置線程的優先級會被忽略

2、程序示例:

      在設置繼承的調度策略 時,只有具有root權限的用戶才能執行pthread_attr_setinheritsched操作,否則創建線程會失敗。

      下面是一個簡單的設置優先級的程序示例,通過修改任務1與任務2的優先級高低,可以觀察到打印信息中,先打印的是優先級高的任務的信息:

/*
********************************************************************************
*描述:設置線程優先級
*Use:gcc prio.c -lpthread
*By:Ailson Jack
*Date:2016.03.25
*Blog:www.only2fire.com
********************************************************************************
*/

#include        <stdio.h>
#include        <stdlib.h>
#include        <unistd.h>
#include        <pthread.h>
#include        <string.h>
#include        <time.h>

//在用戶層或者應用層,1表示優先級最低,99表示優先級最高
#define Task1_Prio      6
#define Task2_Prio      7

pthread_barrier_t barrier;

void *Task1(void *arg);
void *Task2(void *arg);

int main(void)
{
    int policy,inher;
    pthread_t tid;
    pthread_attr_t attr;
    struct sched_param param;
    
    pthread_barrier_init(&barrier,NULL,2+1);

    //初始化線程屬性
    pthread_attr_init(&attr);
    //獲取繼承的調度策略
    pthread_attr_getinheritsched(&attr,&inher);

    if(inher == PTHREAD_EXPLICIT_SCHED)
        printf("PTHREAD_EXPLICIT_SCHED\r\n");
    else if(inher == PTHREAD_INHERIT_SCHED)
    {
        printf("PTHREAD_INHERIT_SCHED\r\n");
        //必需設置inher的屬性為 PTHREAD_EXPLICIT_SCHED,否則設置線程的優先級會被忽略
        inher = PTHREAD_EXPLICIT_SCHED;
    }

    //設置繼承的調度策略
    //具有root權限的用戶才能執行pthread_attr_setinheritsched操作,
    //否則創建線程會失敗
    pthread_attr_setinheritsched(&attr,inher);
    //設置線程調度策略
    policy = SCHED_FIFO;
    pthread_attr_setschedpolicy(&attr,policy);
    //設置調度參數
    param.sched_priority = Task1_Prio;
    pthread_attr_setschedparam(&attr,¶m);
    //創建線程
    pthread_create(&tid, &attr,Task1,NULL);

    //設置調度參數
    param.sched_priority = Task2_Prio;
    pthread_attr_setschedparam(&attr,¶m);
    //創建線程
    pthread_create(&tid, &attr,Task2,NULL);
    
    sleep(1);
    pthread_barrier_wait(&barrier);
    pthread_join(tid, NULL);
}

void *Task1(void *arg)
{
    pthread_barrier_wait(&barrier);
    while(1)
    {
        printf("Task1 is running.\r\n");
        sleep(3);//延時3s
    }
    pthread_exit(NULL);
}

void *Task2(void *arg)
{
    pthread_barrier_wait(&barrier);
    while(1)
    {
        printf("Task2 is running.\r\n");
        sleep(3);//延時3s
    }
    pthread_exit(NULL);
}
編譯運行程序,由於任務2的優先級比任務1的優先級高,因此打印信息,先打印的是任務2

轉自:http://blog.csdn.net/jackailson/article/details/51058094




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//我修改的。設置繼承的調度策略 時,只有具有root權限的用戶才能執行pthread_attr_setinheritsched操作,否則創建線程會失敗。

/*運行時必須加sudo權限,才能進行優先級搶占
********************************************************************************
*描述:設置線程優先級
*Use:gcc prio.c -lpthread
*By:Ailson Jack
*Date:2016.03.25
*Blog:www.only2fire.com
********************************************************************************
*/

#include        <stdio.h>
#include        <stdlib.h>
#include        <unistd.h>
#include        <pthread.h>
#include        <string.h>
#include        <time.h>

//在用戶層或者應用層,1表示優先級最低,99表示優先級最高
#define Task1_Prio      6
#define Task2_Prio      7


void *Task1(void *arg);
void *Task2(void *arg);

int main(void)
{
    int policy,inher;
    pthread_t tid1,tid2;
    pthread_attr_t attr;
    struct sched_param param;
    int i;
    
	  i = getuid();
	  if(i==0)
	    printf("The current user is root\n");
	  else
	    printf("The current user is not root\n");
	  

    //初始化線程屬性
    pthread_attr_init(&attr);
    //獲取繼承的調度策略
    pthread_attr_getinheritsched(&attr,&inher);

    if(inher == PTHREAD_EXPLICIT_SCHED)
        printf("PTHREAD_EXPLICIT_SCHED\r\n");
    else if(inher == PTHREAD_INHERIT_SCHED)
    {
        printf("PTHREAD_INHERIT_SCHED\r\n");
        //必需設置inher的屬性為 PTHREAD_EXPLICIT_SCHED,否則設置線程的優先級會被忽略
        inher = PTHREAD_EXPLICIT_SCHED;
    }

    //設置繼承的調度策略
    //具有root權限的用戶才能執行pthread_attr_setinheritsched操作,
    //否則創建線程會失敗
    pthread_attr_setinheritsched(&attr,inher);
    //設置線程調度策略
    policy = SCHED_FIFO;
    pthread_attr_setschedpolicy(&attr,policy);
    //設置調度參數
    param.sched_priority = Task1_Prio;
    pthread_attr_setschedparam(&attr,¶m);
    //創建線程
    pthread_create(&tid1, &attr,Task1,NULL);



    //設置調度參數
    param.sched_priority = Task2_Prio;
    pthread_attr_setschedparam(&attr,¶m);
    //創建線程
    pthread_create(&tid2, &attr,Task2,NULL);
    
    sleep(1);
    pthread_join(tid1, NULL);
    pthread_join(tid2, NULL);
    pthread_attr_destroy(&attr);
}

void *Task1(void *arg)
{
    while(1)
    {
        printf("Task1 is running.\r\n");
        sleep(3);//延時3s
    }
    pthread_exit(NULL);
}

void *Task2(void *arg)
{
    while(1)
    {
        printf("Task2 is running.\r\n");
        sleep(3);//延時3s
    }
    pthread_exit(NULL);
}


編譯、運行:
gcc -o priority2 priority2.c -lpthread

sudo ./priority2


The current user is root
PTHREAD_INHERIT_SCHED
Task1 is running.
Task2 is running.
Task2 is running.
Task1 is running.
Task2 is running.
Task1 is running.
Task2 is running.
Task1 is running.


在查看運行結果,可以發現  “並不是優先級高的先運行!”

    我原以為,只要線程的優先級高,就會一定先運行,其實,這樣的理解是片面的,特別是在SMP的PC機上更會增加其不確定性。
    其實,普通進程的調度,是CPU根據進程優先級算出時間片,這樣並不能一定保證高優先級的進程一定先運行,只不過和優先級低的進程相比,通常優先級較高的進程獲得的CPU時間片會更長而已。其實,如果要想保證一個線程運行完在運行另一個線程的話,就要使用多線程的同步技術,信號量,條件變量等方法。
而不是絕對依靠優先級的高低,來保證。


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