调度器 Nice 设计¶
本文档解释了新 Linux 调度器中改进和精简的 nice 级别实现的设计思路。
在 Linux 下，Nice 级别一直比较弱，人们不断地要求我们让 nice +19 的任务占用更少的 CPU 时间。
不幸的是，这在旧调度器下不容易实现（否则我们早就做了），因为 nice 级别支持在历史上与时间片长度耦合，而时间片单位由 HZ 时钟驱动，因此最小的时间片是 1/HZ。
在 O(1) 调度器（在 2003 年）中，我们将负 nice 级别改为比 2.4 版本中更强（人们对这个改变感到满意），并且我们还有意地校准了线性时间片规则，以便 nice +19 级别_正好_是 1 个 jiffy。为了更好地理解，时间片图表如下所示（简陋的 ASCII 艺术警告！）
A
\ | [timeslice length]
\ |
\ |
\ |
\ |
\|___100msecs
|^ . _
| ^ . _
| ^ . _
-*----------------------------------*-----> [nice level]
-20 | +19
|
|
因此，如果有人真的想重新调整任务的 nice 值，+19 会比正常的线性规则产生更大的影响。（早期就放弃了更改 ABI 以扩展优先级的解决方案。）
这种方法在一段时间内有效，但后来随着 HZ=1000，1 个 jiffy 变成了 1 毫秒，这意味着 0.1% 的 CPU 使用率，我们觉得这有点过度。过度_不是_因为它是一个太小的 CPU 利用率，而是因为它会导致太频繁的（每毫秒一次）重新调度。（因此会破坏缓存等等。请记住，这是很久以前的事情，硬件较弱且缓存较小，并且人们正在以 nice +19 运行数值计算应用程序。）
因此，对于 HZ=1000，我们将 nice +19 更改为 5 毫秒，因为这感觉是正确的最小粒度 - 这转化为 5% 的 CPU 利用率。但是对于 nice+19 的基本 HZ 敏感属性仍然存在，我们从未收到过关于 nice +19 在 CPU 利用率方面太_弱_的任何投诉，我们只收到（仍然）它太_强_的投诉 :-)
总而言之：我们一直希望使 nice 级别更加一致，但在 HZ 和 jiffy 及其与时间片和粒度之间糟糕的设计级别耦合的约束下，这实际上是不可行的。
关于 Linux 的 nice 级别支持的第二个（不太频繁但仍然周期性发生）投诉是其围绕原点的不对称性（您可以在上面的图片中看到演示），或者更准确地说：nice 级别行为取决于_绝对_ nice 级别，而 nice API 本身从根本上说是“相对的”。
int nice(int inc);
asmlinkage long sys_nice(int increment)
（第一个是 glibc API，第二个是 syscall API。）请注意，“inc”是相对于当前 nice 级别的。像 bash 的 “nice” 命令这样的工具反映了这个相对 API。
使用旧调度器，例如，如果您启动一个 nice 值为 +1 的任务和一个 nice 值为 +2 的任务，则两个任务之间的 CPU 分配将取决于父 shell 的 nice 级别 - 如果它是 nice -10，则 CPU 分配与它是 +5 或 +10 时不同。
针对 Linux nice 级别支持的第三个抱怨是负 nice 级别不够“有力”，因此很多人不得不求助于在 RT 优先级（例如 SCHED_FIFO）下运行音频（和其他多媒体）应用程序。但这引起了其他问题：SCHED_FIFO 不是防饥饿的，并且有错误的 SCHED_FIFO 应用程序也可能完全锁定系统。
v2.6.23 中的新调度器解决了所有这三种类型的抱怨
为了解决第一个抱怨（即 nice 级别不够“有力”），调度器与“时间片”和 HZ 概念解耦（并且粒度成为与 nice 级别分离的概念），因此可以实现更好，更一致的 nice +19 支持：使用新的调度器，nice +19 任务获得与 HZ 无关的 1.5%，而不是它们在旧调度器中获得的 3%-5%-9% 的可变范围。
为了解决第二个抱怨（即 nice 级别不一致），新的调度器使 nice(1) 对任务产生相同的 CPU 利用率效果，而与其绝对 nice 级别无关。因此，在新调度器上，运行 nice +10 和 nice +11 的任务具有与运行 nice -5 和 nice -4 的任务相同的 CPU 利用率“分割”。（一个将获得 55% 的 CPU，另一个将获得 45%。）这就是为什么 nice 级别被更改为“乘法”（或指数），这样无论您从哪个 nice 级别开始，'相对结果' 始终相同。
第三个抱怨（即负 nice 级别不够“有力”，并迫使音频应用程序在更危险的 SCHED_FIFO 调度策略下运行）几乎由新调度器自动解决：更强的负 nice 级别是重新校准的 nice 级别动态范围的自动副作用。