排程器 Nice 設計¶
本文件解釋了新 Linux 排程器中改進和精簡的 nice 級別實現的設計思路。
在 Linux 下，Nice 級別一直比較弱，人們不斷地要求我們讓 nice +19 的任務佔用更少的 CPU 時間。
不幸的是，這在舊排程器下不容易實現（否則我們早就做了），因為 nice 級別支援在歷史上與時間片長度耦合，而時間片單位由 HZ 時鐘驅動，因此最小的時間片是 1/HZ。
在 O(1) 排程器（在 2003 年）中，我們將負 nice 級別改為比 2.4 版本中更強（人們對這個改變感到滿意），並且我們還有意地校準了線性時間片規則，以便 nice +19 級別_正好_是 1 個 jiffy。為了更好地理解，時間片圖表如下所示（簡陋的 ASCII 藝術警告！）
A
\ | [timeslice length]
\ |
\ |
\ |
\ |
\|___100msecs
|^ . _
| ^ . _
| ^ . _
-*----------------------------------*-----> [nice level]
-20 | +19
|
|
因此，如果有人真的想重新調整任務的 nice 值，+19 會比正常的線性規則產生更大的影響。（早期就放棄了更改 ABI 以擴充套件優先順序的解決方案。）
這種方法在一段時間內有效，但後來隨著 HZ=1000，1 個 jiffy 變成了 1 毫秒，這意味著 0.1% 的 CPU 使用率，我們覺得這有點過度。過度_不是_因為它是一個太小的 CPU 利用率，而是因為它會導致太頻繁的（每毫秒一次）重新排程。（因此會破壞快取等等。請記住，這是很久以前的事情，硬體較弱且快取較小，並且人們正在以 nice +19 執行數值計算應用程式。）
因此，對於 HZ=1000，我們將 nice +19 更改為 5 毫秒，因為這感覺是正確的最小粒度 - 這轉化為 5% 的 CPU 利用率。但是對於 nice+19 的基本 HZ 敏感屬性仍然存在，我們從未收到過關於 nice +19 在 CPU 利用率方面太_弱_的任何投訴，我們只收到（仍然）它太_強_的投訴 :-)
總而言之：我們一直希望使 nice 級別更加一致，但在 HZ 和 jiffy 及其與時間片和粒度之間糟糕的設計級別耦合的約束下，這實際上是不可行的。
關於 Linux 的 nice 級別支援的第二個（不太頻繁但仍然週期性發生）投訴是其圍繞原點的不對稱性（您可以在上面的圖片中看到演示），或者更準確地說：nice 級別行為取決於_絕對_ nice 級別，而 nice API 本身從根本上說是“相對的”。
int nice(int inc);
asmlinkage long sys_nice(int increment)
（第一個是 glibc API，第二個是 syscall API。）請注意，“inc”是相對於當前 nice 級別的。像 bash 的 “nice” 命令這樣的工具反映了這個相對 API。
使用舊排程器，例如，如果您啟動一個 nice 值為 +1 的任務和一個 nice 值為 +2 的任務，則兩個任務之間的 CPU 分配將取決於父 shell 的 nice 級別 - 如果它是 nice -10，則 CPU 分配與它是 +5 或 +10 時不同。
針對 Linux nice 級別支援的第三個抱怨是負 nice 級別不夠“有力”，因此很多人不得不求助於在 RT 優先順序（例如 SCHED_FIFO）下執行音訊（和其他多媒體）應用程式。但這引起了其他問題：SCHED_FIFO 不是防飢餓的，並且有錯誤的 SCHED_FIFO 應用程式也可能完全鎖定系統。
v2.6.23 中的新排程器解決了所有這三種類型的抱怨
為了解決第一個抱怨（即 nice 級別不夠“有力”），排程器與“時間片”和 HZ 概念解耦（並且粒度成為與 nice 級別分離的概念），因此可以實現更好，更一致的 nice +19 支援：使用新的排程器，nice +19 任務獲得與 HZ 無關的 1.5%，而不是它們在舊排程器中獲得的 3%-5%-9% 的可變範圍。
為了解決第二個抱怨（即 nice 級別不一致），新的排程器使 nice(1) 對任務產生相同的 CPU 利用率效果，而與其絕對 nice 級別無關。因此，在新排程器上，執行 nice +10 和 nice +11 的任務具有與執行 nice -5 和 nice -4 的任務相同的 CPU 利用率“分割”。（一個將獲得 55% 的 CPU，另一個將獲得 45%。）這就是為什麼 nice 級別被更改為“乘法”（或指數），這樣無論您從哪個 nice 級別開始，'相對結果' 始終相同。
第三個抱怨（即負 nice 級別不夠“有力”，並迫使音訊應用程式在更危險的 SCHED_FIFO 排程策略下執行）幾乎由新排程器自動解決：更強的負 nice 級別是重新校準的 nice 級別動態範圍的自動副作用。