CFS： 虚拟运行时间

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nice和prio的关系如下：

#define NICE_TO_PRIO(nice) (MAX_RT_PRIO+nice+20)

#define PRIO_TO_NICE(prio) (prio-MAX_RT_PRIO-20)

其中，MAX_RT_PRIO=100,nice的值在-20到19之前，那么优先级就在100 -139之间。

prio和weight之间的转换关系参见prio_to_weight。

CFS可实现几种不同的公平策略，这些策略是根据调度的对象的不同来区分的。

默认的是不开组调度的公平策略，即调度的单位是每个调度实体。我们来详细看一下是怎么调度的：

  假设现在系统有A，B，C三个进程，A.weight=1,B.weight=2,C.weight=3.那么我们可以计算出整个公平调度队列的总权重是cfs_rq.weight = 6，很自然的想法就是，公平就是你在重量中占的比重的多少来你的重要性，那么，A的重要性就是1/6,同理，B和C的重要性分别是2/6,3/6.很显然C最重要就应改被先调度，而且占用的资源也应该最多，即假设A，B,C运行一遍的总时间假设是6个时间单位的话，A占1个单位，B占2个单位，C占三个单位。这就是CFS的公平策略。

 linux内核采用了计算公式：

    ideal_time = sum_runtime *se.weight/cfs_rq.weight

        ideal_time:每个进程应该运行的时间

        sum_runtime:运行队列中所有任务运行完一遍的时间

        se.weight:当前进程的权重

        cfs.weight:整个cfs_rq的总权重

这里se.weight和cfs.weight根据上面讲解我们可以算出

sum_runtime是怎们计算的呢，linux内核中这是个经验值：

    经验公式是：

(1) sum_runtime=sysctl_sched_min_granularity *nr_running（if 进程数 > 5）

(2) sum_runtime=sysctl_sched_latency = 20ms           （if 进程数 <=5）

注：sysctl_sched_min_granularity =4ms

linux内核代码中是通过一个叫vruntime的变量来实现上面的原理的，即：

每一个进程拥有一个vruntime,每次需要调度的时候就选运行队列中拥有最小vruntime的那个进程来运行，

vruntime在时钟中断里面被维护，每次时钟中断都要更新当前进程的vruntime,

即vruntime以如下公式逐渐增长：

  (1) vruntime +=  delta* NICE_0_LOAD/se.weight;(if curr.nice!=NICE_0_LOAD)

  (2) vruntime += delta;                        (ifcurr.nice=NICE_0_LOAD)

  delta:为进程增加的实际运行时间

在用户态进程的优先级nice值与CFS调度器中的权重又有什么关系？
在内核中通过prio_to_weight数组进行nice值和权重的转换。

1
static const int prio_to_weight[40] = {
2
 /* -20 */     88761,     71755,     56483,     46273,     36291,
3
 /* -15 */     29154,     23254,     18705,     14949,     11916,
4
 /* -10 */      9548,      7620,      6100,      4904,      3906,
5
 /*  -5 */      3121,      2501,      1991,      1586,      1277,
6
 /*   0 */      1024,       820,       655,       526,       423,
7
 /*   5 */       335,       272,       215,       172,       137,
8
 /*  10 */       110,        87,        70,        56,        45,
9
 /*  15 */        36,        29,        23,        18,        15,
10
};
而在内核中，进程的虚拟运行时间是自进程诞生以来进行累加的，每个时钟周期内一个进程的虚拟运行时间是通过下面的方法计算的：

一次调度间隔的虚拟运行时间=实际运行时间*（NICE_0_LOAD/权重）

其中，NICE_0_LOAD是nice为0时的权重。
也就是说，nice值为0的进程实际运行时间和虚拟运行时间相同。

通过这个公式可以看到，权重越大的进程获得的虚拟运行时间越小，那么它将被调度器所调度的机会就越大。