0001 .. SPDX-License-Identifier: GPL-2.0
0002 .. include:: ../disclaimer-zh_CN.rst
0003
0004 :Original: Documentation/scheduler/sched-nice-design.rst
0005
0006 :翻译:
0007
0008 唐艺舟 Tang Yizhou <tangyeechou@gmail.com>
0009
0010 =====================
0011 调度器nice值设计
0012 =====================
0013
0014 本文档解释了新的Linux调度器中修改和精简后的nice级别的实现思路。
0015
0016 Linux的nice级别总是非常脆弱，人们持续不断地缠着我们，让nice +19的任务占用
0017 更少的CPU时间。
0018
0019 不幸的是，在旧的调度器中，这不是那么容易实现的（否则我们早就做到了），因为对
0020 nice级别的支持在历史上是与时间片长度耦合的，而时间片单位是由HZ滴答驱动的，
0021 所以最小的时间片是1/HZ。
0022
0023 在O(1)调度器中（2003年），我们改变了负的nice级别，使它们比2.4内核更强
0024 （人们对这一变化很满意），而且我们还故意校正了线性时间片准则，使得nice +19
0025 的级别 _正好_ 是1 jiffy。为了让大家更好地理解它，时间片的图会是这样的（质量
0026 不佳的ASCII艺术提醒！）::
0027
0028
0029 A
0030 \ | [timeslice length]
0031 \ |
0032 \ |
0033 \ |
0034 \ |
0035 \|___100msecs
0036 |^ . _
0037 | ^ . _
0038 | ^ . _
0039 -*----------------------------------*-----> [nice level]
0040 -20 | +19
0041 |
0042 |
0043
0044 因此，如果有人真的想renice任务，相较线性规则，+19会给出更大的效果（改变
0045 ABI来扩展优先级的解决方案在早期就被放弃了）。
0046
0047 这种方法在一定程度上奏效了一段时间，但后来HZ=1000时，它导致1 jiffy为
0048 1ms，这意味着0.1%的CPU使用率，我们认为这有点过度。过度 _不是_ 因为它表示
0049 的CPU使用率过小，而是因为它引发了过于频繁（每毫秒1次）的重新调度（因此会
0050 破坏缓存，等等。请记住，硬件更弱、cache更小是很久以前的事了，当时人们在
0051 nice +19级别运行数量颇多的应用程序）。
0052
0053 因此，对于HZ=1000，我们将nice +19改为5毫秒，因为这感觉像是正确的最小
0054 粒度——这相当于5%的CPU利用率。但nice +19的根本的HZ敏感属性依然保持不变，
0055 我们没有收到过关于nice +19在CPU利用率方面太 _弱_ 的任何抱怨，我们只收到
0056 过它（依然）太 _强_ 的抱怨 :-)。
0057
0058 总结一下：我们一直想让nice各级别一致性更强，但在HZ和jiffies的限制下，以及
0059 nice级别与时间片、调度粒度耦合是令人讨厌的设计，这一目标并不真正可行。
0060
0061 第二个关于Linux nice级别支持的抱怨是（不那么频繁，但仍然定期发生），它
0062 在原点周围的不对称性（你可以在上面的图片中看到），或者更准确地说：事实上
0063 nice级别的行为取决于 _绝对的_ nice级别，而nice应用程序接口本身从根本上
0064 说是“相对”的：
0065
0066 int nice(int inc);
0067
0068 asmlinkage long sys_nice(int increment)
0069
0070 （第一个是glibc的应用程序接口，第二个是syscall的应用程序接口）
0071 注意，“inc”是相对当前nice级别而言的，类似bash的“nice”命令等工具是这个
0072 相对性应用程序接口的镜像。
0073
0074 在旧的调度器中，举例来说，如果你以nice +1启动一个任务，并以nice +2启动
0075 另一个任务，这两个任务的CPU分配将取决于父外壳程序的nice级别——如果它是
0076 nice -10，那么CPU的分配不同于+5或+10。
0077
0078 第三个关于Linux nice级别支持的抱怨是，负数nice级别“不够有力”，以很多人
0079 不得不诉诸于实时调度优先级来运行音频（和其它多媒体）应用程序，比如
0080 SCHED_FIFO。但这也造成了其它问题：SCHED_FIFO未被证明是免于饥饿的，一个
0081 有问题的SCHED_FIFO应用程序也会锁住运行良好的系统。
0082
0083 v2.6.23版内核的新调度器解决了这三种类型的抱怨：
0084
0085 为了解决第一个抱怨（nice级别不够“有力”），调度器与“时间片”、HZ的概念
0086 解耦（调度粒度被处理成一个和nice级别独立的概念），因此有可能实现更好、
0087 更一致的nice +19支持：在新的调度器中，nice +19的任务得到一个HZ无关的
0088 1.5%CPU使用率，而不是旧版调度器中3%-5%-9%的可变范围。
0089
0090 为了解决第二个抱怨（nice各级别不一致），新调度器令调用nice(1)对各任务的
0091 CPU利用率有相同的影响，无论其绝对nice级别如何。所以在新调度器上，运行一个
0092 nice +10和一个nice +11的任务会与运行一个nice -5和一个nice -4的任务的
0093 CPU利用率分割是相同的（一个会得到55%的CPU，另一个会得到45%）。这是为什么
0094 nice级别被改为“乘法”（或指数）——这样的话，不管你从哪个级别开始，“相对”
0095 结果将总是一样的。
0096
0097 第三个抱怨（负数nice级别不够“有力”，并迫使音频应用程序在更危险的
0098 SCHED_FIFO调度策略下运行）几乎被新的调度器自动解决了：更强的负数级别
0099 具有重新校正nice级别动态范围的自动化副作用。
