linux内核优先级设置的触发方式和流程
目录
1. 优先级设置触发方式
1.1 用户态接口
1.2 触发流程概览
2. 源码分析：普通进程优先级设置
2.1 系统调用入口（setpriority）
2.2 设置 Nice 值（set_user_nice）
2.3 动态优先级计算（effective_prio）
3. 源码分析：实时进程优先级设置
3.1 系统调用入口（sched_setscheduler）
3.2 更新调度类（__setscheduler_class）
4. 调度队列更新流程
4.1 重新入队任务（enqueue_task）
4.2 触发重新调度（resched_curr）
5. 权限与安全性处理
5.1 能力检查（capable(CAP_SYS_NICE)）
5.2 实时优先级限制
6. 流程图解
7. 总结
1. 优先级设置触发方式
1.1 用户态接口
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普通进程优先级（Nice值）：
-
命令：
nice、renice。 -
系统调用：
setpriority(PRIO_PROCESS, pid, nice_value)。
-
-
实时进程优先级：
-
系统调用：
sched_setscheduler(pid, policy, ¶m)，其中param.sched_priority指定实时优先级。
-
1.2 触发流程概览
-
用户发起请求：通过系统调用或工具修改优先级。
-
内核验证权限：检查用户是否具备
CAP_SYS_NICE能力。 -
转换优先级值：将用户输入的优先级转换为内核内部表示。
-
更新任务结构：修改
task_struct中的优先级字段。 -
调度队列调整：若任务在运行队列中，更新其在队列中的位置。
2. 源码分析：普通进程优先级设置
2.1 系统调用入口（setpriority）
-
用户调用
setpriority：修改进程的 Nice 值。 -
内核处理函数：
kernel/sys.c→sys_setpriority()→do_setpriority().
// kernel/sys.c
SYSCALL_DEFINE3(setpriority, int, which, int, who, int, niceval) {
return do_setpriority(which, who, niceval);
}
static int do_setpriority(int which, int who, int niceval) {
// 1. 参数验证：niceval 必须在 [-20, 19] 范围内
if (niceval < MIN_NICE || niceval > MAX_NICE)
return -EINVAL;
// 2. 权限检查：需要 CAP_SYS_NICE 或目标进程属于当前用户
if (!capable(CAP_SYS_NICE)) {
if (cred->euid != pcred->uid && cred->euid != pcred->suid)
return -EPERM;
}
// 3. 设置静态优先级（static_prio）
set_user_nice(p, niceval);
return 0;
}2.2 设置 Nice 值（set_user_nice）
-
函数路径：
kernel/sched/core.c→set_user_nice(). -
作用：将用户态 Nice 值转换为内核静态优先级（
static_prio），并更新动态优先级（prio）。
void set_user_nice(struct task_struct *p, long nice) {
// 1. 转换 Nice 值到静态优先级（static_prio = 120 + nice）
int new_static_prio = NICE_TO_PRIO(nice);
p->static_prio = new_static_prio;
// 2. 更新动态优先级（prio）
p->prio = effective_prio(p);
// 3. 若任务在运行队列中，触发调度队列调整
if (task_queued(p)) {
enqueue_task(rq, p, ENQUEUE_UPDATE);
resched_curr(rq); // 可能触发重新调度
}
}2.3 动态优先级计算（effective_prio）
-
函数路径：
kernel/sched/core.c→effective_prio(). -
逻辑：普通进程的动态优先级基于静态优先级和调度策略计算。
static int effective_prio(struct task_struct *p) {
if (rt_task(p)) // 实时进程直接返回 rt_priority
return p->prio;
return normal_prio(p); // 普通进程：static_prio + 调度策略偏移
}3. 源码分析：实时进程优先级设置
3.1 系统调用入口（sched_setscheduler）
-
用户调用
sched_setscheduler：设置实时调度策略（SCHED_FIFO/SCHED_RR）和优先级。 -
内核处理函数：
kernel/sched/core.c→sched_setscheduler()→__sched_setscheduler().
SYSCALL_DEFINE3(sched_setscheduler, pid_t, pid, int, policy, struct sched_param __user *, param) {
struct sched_param lp;
copy_from_user(&lp, param, sizeof(struct sched_param));
return __sched_setscheduler(p, policy, &lp, true);
}
static int __sched_setscheduler(...) {
// 1. 验证实时优先级范围（0-99）
if (rt_policy(policy) && (param->sched_priority < 1 || param->sched_priority > 99))
return -EINVAL;
// 2. 权限检查：需要 CAP_SYS_NICE
if (!capable(CAP_SYS_NICE)) {
if (cred->euid != pcred->uid && cred->euid != pcred->suid)
return -EPERM;
}
// 3. 更新调度策略和优先级
p->policy = policy;
p->rt_priority = param->sched_priority;
// 4. 更新调度类（如从 CFS 切换到 RT）
__setscheduler_class(p, policy);
// 5. 若任务在运行队列中，重新入队以应用新策略
if (task_running(rq, p)) {
dequeue_task(rq, p, DEQUEUE_SAVE);
enqueue_task(rq, p, ENQUEUE_RESTORE | ENQUEUE_NOCLOCK);
resched_curr(rq);
}
}3.2 更新调度类（__setscheduler_class）
-
函数路径：
kernel/sched/core.c→__setscheduler_class(). -
逻辑：根据调度策略绑定对应的调度类（如
rt_sched_class）。
static void __setscheduler_class(struct task_struct *p, int policy) {
switch (policy) {
case SCHED_NORMAL:
case SCHED_BATCH:
p->sched_class = &fair_sched_class; // 绑定到 CFS
break;
case SCHED_FIFO:
case SCHED_RR:
p->sched_class = &rt_sched_class; // 绑定到实时调度类
break;
// ...其他策略处理
}
}4. 调度队列更新流程
4.1 重新入队任务（enqueue_task）
当优先级或调度策略变更时，任务会被移出队列并重新插入，确保调度器按新优先级排序。
// kernel/sched/core.c
void enqueue_task(struct rq *rq, struct task_struct *p, int flags) {
p->sched_class->enqueue_task(rq, p, flags); // 调用调度类的入队方法
}
// 示例：CFS 的 enqueue_task_fair
static void enqueue_task_fair(struct rq *rq, struct task_struct *p, int flags) {
enqueue_entity(cfs_rq, se, flags); // 插入红黑树（按 vruntime 排序）
update_load_avg(cfs_rq, se, UPDATE_TG); // 更新负载统计
}4.2 触发重新调度（resched_curr）
若当前任务优先级降低或被更高优先级任务抢占，设置 TIF_NEED_RESCHED 标志，触发调度。
void resched_curr(struct rq *rq) {
struct task_struct *curr = rq->curr;
set_tsk_need_resched(curr); // 设置 TIF_NEED_RESCHED
smp_send_reschedule(cpu); // 发送重新调度 IPI（多核）
}5. 权限与安全性处理
5.1 能力检查（capable(CAP_SYS_NICE)）
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普通用户：只能修改自己进程的 Nice 值（范围受限），无法设置实时优先级。
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Root 用户：拥有
CAP_SYS_NICE能力，可修改任意进程的优先级。
5.2 实时优先级限制
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默认配置：非 Root 用户无法设置实时优先级（需通过
/etc/security/limits.conf解除限制）。
6. 流程图解
plaintext
复制
用户态触发
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v
系统调用入口（setpriority/sched_setscheduler）
|
v
参数验证（范围、权限）
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v
转换优先级（Nice → static_prio，用户优先级 → rt_priority）
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v
更新 task_struct（static_prio, rt_priority, sched_class）
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v
重新入队任务（enqueue_task） → 触发重新调度（resched_curr）
|
v
调度器按新优先级选择任务执行
7. 总结
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触发方式：
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普通进程：通过
setpriority修改 Nice 值（范围 -20~19）。 -
实时进程：通过
sched_setscheduler设置策略和优先级（0~99）。
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内核流程：
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权限验证：检查
CAP_SYS_NICE能力。 -
优先级转换：将用户输入转换为内核内部表示（如
static_prio = 120 + nice）。 -
更新任务结构：修改
task_struct的static_prio、rt_priority和sched_class。 -
调度队列调整：重新入队任务，确保调度器按新优先级排序。
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源码关键函数：
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do_setpriority()：处理普通进程优先级设置。 -
__sched_setscheduler()：处理实时进程策略和优先级。 -
effective_prio()：计算动态优先级。 -
enqueue_task()：更新调度队列。
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通过模块化的调度类设计（如 fair_sched_class 和 rt_sched_class），Linux 内核实现了对不同优先级任务的高效管理，兼顾实时性和公平性。