一、进程调度器

（一）概念

进程调度器是操作系统内核的重要组成部分，它负责决定在多个等待执行的进程中，哪一个将获得 CPU 资源并在何时执行。在多任务操作系统中，由于 CPU 资源是有限的，同一时刻只能有一个进程在 CPU 上运行（单核 CPU 情况），因此需要进程调度器来合理分配 CPU 时间片，以确保系统的高效、公平和稳定运行。 调度算法

不同的调度算法适用于不同的场景，常见的调度算法有：

先来先服务（FCFS）：按照进程到达的先后顺序进行调度，先到达的进程先执行，直到完成或阻塞。这种算法简单公平，但可能导致长进程长时间占用 CPU，使短进程等待时间过长。

短作业优先（SJF）：优先调度预计执行时间最短的进程。可以提高系统的吞吐量，但难以准确预估进程的执行时间，并且可能导致长进程饥饿。

时间片轮转（RR）：将 CPU 时间划分为固定长度的时间片，每个进程轮流在一个时间片内执行。当时间片用完后，进程被暂停，调度器选择下一个进程执行。这种算法保证了每个进程都能在一定时间内获得 CPU 资源，响应性较好，常用于分时系统。

优先级调度：为每个进程分配一个优先级，调度器总是选择优先级最高的进程执行。优先级可以根据进程的类型、重要性等因素确定。但可能会出现低优先级进程长时间得不到执行的情况。

完全公平调度（CFS）：现代 Linux 内核中主要的调度器。CFS 基于虚拟运行时间的概念，为每个进程维护一个虚拟运行时间，总是选择虚拟运行时间最短的进程执行，确保每个进程都能公平地获得 CPU 时间。

（二）作用

资源分配：合理分配 CPU 资源，提高 CPU 的利用率。

响应性：保证交互式进程能够快速响应用户的操作，提供良好的用户体验。

公平性：确保每个进程都能获得一定的 CPU 时间，避免某些进程独占资源。

系统稳定性：在系统负载过高时，通过调整调度策略，保证系统的稳定运行。

二、chrt 指令

（一）功能概述

chrt 是 Linux 系统中的一个命令行工具，用于查看和修改进程的调度策略和优先级。通过 chrt 命令，用户可以手动调整进程的调度行为，以满足不同的应用需求。

（二）基本语法

chrt [选项] [优先级] [命令 [参数...]]

常用选项

-p：查看或修改已存在进程的调度策略和优先级。例如，查看 PID 为 1234 的进程的调度信息：

chrt -p 1234

-f：使用实时 FIFO（先进先出）调度策略。实时进程具有较高的优先级，能够优先获得 CPU 资源。例如，将 PID 为 1234 的进程设置为实时 FIFO 调度策略，优先级为 50：

sudo chrt -f -p 50 1234

-r：使用实时 RR（时间片轮转）调度策略。与 FIFO 不同，RR 调度策略为每个实时进程分配一个时间片，当时间片用完后，进程会被暂停，调度器选择下一个实时进程执行。例如，将新启动的 top 命令设置为实时 RR 调度策略，优先级为 20：

sudo chrt -r 20 top

-o：使用普通调度策略（CFS）。例如，将 PID 为 1234 的进程恢复为普通调度策略：

sudo chrt -o -p 0 1234

（三）示例

以下是一个完整的示例，展示如何使用 chrt 命令修改进程的调度策略和优先级：

# 启动一个 CPU 密集型进程
yes > /dev/null &
PID=$!
 
# 查看进程的初始调度信息
chrt -p $PID
 
# 将进程设置为实时 FIFO 调度策略，优先级为 30
sudo chrt -f -p 30 $PID
 
# 再次查看进程的调度信息
chrt -p $PID
 
# 终止进程
kill $PID

通过上述示例，可以看到如何使用 chrt 命令查看和修改进程的调度策略和优先级，从而更好地控制进程的执行行为。

三. vruntime（虚拟运行时间）

（一）概念

vruntime 是 Linux 内核中完全公平调度器（CFS，Completely Fair Scheduler）里的核心概念。CFS 的设计目标是让每个进程都能公平地使用 CPU 资源，而 vruntime 就是衡量进程使用 CPU 时间公平性的一个指标。简单来说，vruntime 反映了一个进程实际占用 CPU 的时间，并且会根据进程的优先级进行调整。

（二）工作原理

累积计算：每个进程在获得 CPU 时间片执行时，其 vruntime 会不断增加。增加的量与进程在 CPU 上运行的实际时间相关，同时也和进程的优先级有关。对于优先级高的进程，其 vruntime 增长相对较慢；而优先级低的进程，vruntime 增长相对较快。

调度依据：CFS 调度器在选择下一个要执行的进程时，会优先选择 vruntime 最小的进程。这意味着那些之前获得 CPU 时间较少的进程，其 vruntime 相对较小，会被优先调度执行，从而保证了每个进程都能公平地获得 CPU 时间。

（三）示例说明

假设系统中有三个进程 A、B、C，它们的初始 vruntime 都为 0。进程 A 的优先级较高，进程 B 为普通优先级，进程 C 的优先级较低。当它们依次获得 CPU 时间片执行时，进程 A 的 vruntime 增长速度会比进程 B 慢，而进程 C 的 vruntime 增长速度会比进程 B 快。在调度时，CFS 调度器会优先选择 vruntime 最小的进程执行，以确保每个进程都能公平地使用 CPU 资源。

四. NICE 值

（一）概念

NICE 值是 Linux 系统中用于调整进程优先级的一个参数。它的取值范围通常是 -20 到 19，其中 -20 表示最高优先级，19 表示最低优先级。默认情况下，进程的 NICE 值为 0。

（二）作用

调整优先级：通过修改进程的 NICE 值，可以改变进程在系统中的调度优先级。较高的 NICE 值（如正数）意味着进程的优先级较低，会让出更多的 CPU 时间给其他进程；较低的 NICE 值（如负数）则表示进程的优先级较高，会优先获得 CPU 时间。

系统资源管理：NICE 值可以帮助系统管理员更好地管理系统资源。例如，在系统负载较高时，可以将一些不重要的进程的 NICE 值调高，以减少它们对 CPU 资源的占用，保证关键进程的正常运行。

相关命令

nice 命令：用于在启动新进程时指定其 NICE 值。例如，启动一个 top 进程，并将其 NICE 值设置为 10：

nice -n 10 top

renice 命令：用于修改已经运行的进程的 NICE 值。例如，将 PID 为 1234 的进程的 NICE 值修改为 5：

renice 5 -p 1234

（三）与 vruntime 的关系

在 CFS 调度器中，NICE 值会影响进程的 vruntime 增长速度。NICE 值越低（优先级越高），进程的 vruntime 增长越慢；NICE 值越高（优先级越低），进程的 vruntime 增长越快。这样，CFS 调度器就能根据进程的优先级和 vruntime 来公平地调度进程。例如，一个 NICE 值为 -10 的进程，其 vruntime 增长速度会比 NICE 值为 0 的进程慢，从而更有可能被优先调度执行。