Linux学习笔记（06-11）线程优先级

调度策略

posix提供了

int pthread_attr_getschedpolicy(const pthread_attr_t *attr, int *policy);函数来获取所
使用的调度策略，它们是：SCHED_FIFO, SCHED_RR 和 SCHED_OTHER。

可以使用
int sched_get_priority_max(int policy);
int sched_get_priority_min(int policy);
来获取线程线程可是设置的最大和最小的优先级值，如果调用成功就返回最大和最小的优先级值，否则返回－1。

SCHED_OTHER是不支持优先级使用的，而SCHED_FIFO和SCHED_RR支持优先级的使用，他们分别为1和99，
数值越大优先级越高。

设置线程的优先级

int pthread_attr_setschedparam(pthread_attr_t *attr, const struct sched_param *param);
int pthread_attr_getschedparam(const pthread_attr_t *attr, struct sched_param *param);
上面两个函数分别用于设置线程的优先级，struct sched_param的定义如下
struct sched_param
{
    int __sched_priority; //所要设定的线程优先级

};

线程的属性

    线程的属性由pthread_attr_t结构类型表示。
    在使用pthread_attr_t之前，需要调用pthread_attr_init对其初始化。pthread_attr_init为pthread_attr_t结构里面的各个属性设置默认值。程序可以修改这些值，定制线程的各个属性。在使用完pthread_attr_t后，需要调用pthread_attr_destroy，完成一些清理工作。
int pthread_attr_init ( pthread_attr_t *attr );
int pthread_attr_destroy ( pthread_attr_t *attr );

获取和设置pthread_attr_t结构里面的各个属性

    (1)分离状态（detached state）：若线程终止时，线程处于分离状态，系统不保留线程终止的状态。当不需要线程的终止状态时，可以分离线程（调用pthread_detach 函数）。若在线程创建的时候，就已经知道以后不需要使用线程的终止状态时，可以在线程创建属性里面指定该状态，那么线程一开始就处于分离状态。通过下面两个函数，设置和获取线程的分离属性。
    int pthread_attr_getdetachstate ( const pthread_attr_t *attr, int *state );
    int pthread_attr_setdetachstate ( pthread_attr_t *attr, int state );

    该属性的可选值有：PTHREAD_CREATE_DETACHED、PTHREAD_CREATE_JOINABLE。

    (2)栈地址（stack address）：POSIX.1定义了两个常量_POSIX_THREAD_ATTR_STACKADDR 和_POSIX_THREAD_ATTR_STACKSIZE检测系统是否支持栈属性。当然也可以给sysconf函数传递_SC_THREAD_ATTR_STACKADDR或 _SC_THREAD_ATTR_STACKSIZE来进行检测。当进程栈地址空间不够用时，指定新建线程使用由malloc分配的空间作为自己的栈空间。通过pthread_attr_setstackaddr和pthread_attr_getstackaddr两个函数分别设置和获取线程的栈地址。传给pthread_attr_setstackaddr函数的地址是缓冲区的低地址（不一定是栈的开始地址，栈可能从高地址往低地址增长）。

    int pthread_attr_getstackaddr ( const pthread_attr_t *attr, void **addr );
    int pthread_attr_setstackaddr ( pthread_attr_t *attr, void *addr );

    (3)栈大小（stack size）：当系统中有很多线程时，可能需要减小每个线程栈的默认大小，防止进程的地址空间不够用；当线程调用的函数会分配很大的局部变量或者函数调用层次很深时，可能需要增大线程栈的默认大小。函数pthread_attr_getstacksize和 pthread_attr_setstacksize被提供。

    int pthread_attr_getstacksize ( const pthread_attr_t *attr, size_t *size );
    int pthread_attr_setstacksize ( pthread_attr_t *attr, size_t size );

    函数pthread_attr_getstack和pthread_attr_setstack函数可以同时操作栈地址和栈大小两个属性：

    int pthread_attr_getstack ( const pthread_attr_t *attr, void **stackaddr, size_t *size );
    int pthread_attr_setstack ( pthread_attr_t *attr, void *stackaddr, size_t size );

    (4)栈保护区大小（stack guard size）：在线程栈顶留出一段空间，防止栈溢出。当栈指针进入这段保护区时，系统会发出错误，通常是发送信号给线程。该属性默认值是PAGESIZE大小，该属性被设置时，系统会自动将该属性大小补齐为页大小的整数倍。当改变栈地址属性时，栈保护区大小通常清零。

    int pthread_attr_getguardsize ( const pthread_attr_t *attr, size_t *guardsize );
    int pthread_attr_setguardsize ( pthread_attr_t *attr, size_t guardsize );

    (5)线程优先级（priority）：新线程的优先级为 0。

    int pthread_attr_getschedparam(const pthread_attr_t *restrict attr, struct sched_param *restrict param);
    int pthread_attr_setschedparam(pthread_attr_t *restrict attr, const struct sched_param *restrict param);

    (6)继承父进程优先级（inheritsched）：新线程不继承父线程调度优先级(PTHREAD_EXPLICIT_SCHED)
    
    (7)调度策略（schedpolicy）：新线程使用 SCHED_OTHER 调度策略。线程一旦开始运行，直到被抢占或者直到线程阻塞或停止为止。

    int pthread_attr_setschedpolicy(pthread_attr_t* attr, int policy)
    int pthread_attr_setschedparam (pthread_attr_t* attr, struct sched_param* param);  

    (8)争用范围（scope）建立线程的争用范围（PTHREAD_SCOPE_SYSTEM 或 PTHREAD_SCOPE_PROCESS）。使用 PTHREAD_SCOPE_SYSTEM 时，此线程将与系统中的所有线程进行竞争。使用 PTHREAD_SCOPE_PROCESS 时，此线程将与进程中的其他线程进行竞争。这个又叫绑定状态，PTHREAD_SCOPE_SYSTEM（绑定的）和PTHREAD_SCOPE_PROCESS（非绑定的）。具有不同范围状态的线程可以在同一个系统甚至同一个进程中共存。进程范围只允许这种线程与同一进程中的其他线程争用资源，而系统范围则允许此类线程与系统内的其他所有线程争用资源。
    
    int pthread_attr_getscope(const pthread_attr_t *restrict attr, int *restrict contentionscope);
    int pthread_attr_setscope(pthread_attr_t *attr, int contentionscope);    
   
    (9)线程并行级别（concurrency）应用程序使用 pthread_setconcurrency() 通知系统其所需的并发级别。

    int pthread_getconcurrency(void);
    int pthread_setconcurrency(int new_level);

    SCHED_FIFO
    
如果调用进程具有有效的用户 ID 0，则争用范围为系统 (PTHREAD_SCOPE_SYSTEM) 的先入先出线程属于实时 (RT) 调度类。如果这些线程未被优先级更高的线程抢占，则会继续处理该线程，直到该线程放弃或阻塞为止。对于具有进程争用范围 (PTHREAD_SCOPE_PROCESS)) 的线程或其调用进程没有有效用户 ID 0 的线程，请使用 SCHED_FIFO。SCHED_FIFO 基于 TS 调度类。

    SCHED_RR

    如果调用进程具有有效的用户 ID 0，则争用范围为系统 (PTHREAD_SCOPE_SYSTEM)) 的循环线程属于实时 (RT) 调度类。如果这些线程未被优先级更高的线程抢占，并且这些线程没有放弃或阻塞，则在系统确定的时间段内将一直执行这些线程。对于具有进程争用范围 (PTHREAD_SCOPE_PROCESS) 的线程，请使用 SCHED_RR（基于 TS 调度类）。此外，这些线程的调用进程没有有效的用户 ID 0。

例：

创建优先级为50的线程。

pthread_attr_t attr;
struct sched_param param;
pthread_attr_init(&attr);
pthread_attr_setschedpolicy(&attr, SCHED_RR);
param.sched_priority = 50;
pthread_attr_setschedparam(&attr, &param);
pthread_create(&threadid, &attr, &threadfunc, NULL);
pthread_attr_destroy(&attr); 

#include <stdio.h>
#include <pthread.h>
#include <sched.h>
#include <assert.h>

static int api_get_thread_policy (pthread_attr_t *attr)
{
    int policy;
    int rs = pthread_attr_getschedpolicy (attr, &policy);
    assert (rs == 0);

    switch (policy)
    {
        case SCHED_FIFO:
            printf ("policy = SCHED_FIFO\n");
            break;
        case SCHED_RR:
            printf ("policy = SCHED_RR");
            break;
        case SCHED_OTHER:
            printf ("policy = SCHED_OTHER\n");
            break;
        default:
            printf ("policy = UNKNOWN\n");
            break; 
    }
    return policy;
}

static void api_show_thread_priority (pthread_attr_t *attr,int policy)
{
    int priority = sched_get_priority_max (policy);
    assert (priority != -1);
    printf ("max_priority = %d\n", priority);
    priority = sched_get_priority_min (policy);
    assert (priority != -1);
    printf ("min_priority = %d\n", priority);
}

static int api_get_thread_priority (pthread_attr_t *attr)
{
    struct sched_param param;
    int rs = pthread_attr_getschedparam (attr, &param);
    assert (rs == 0);
    printf ("priority = %d\n", param.__sched_priority);
    return param.__sched_priority;
}

static void api_set_thread_policy (pthread_attr_t *attr,int policy)
{
    int rs = pthread_attr_setschedpolicy (attr, policy);
    assert (rs == 0);
    api_get_thread_policy (attr);
}
    
int main(void)
{
    pthread_attr_t attr;       // 线程属性
    struct sched_param sched;  // 调度策略
    int rs;

    /* 
     * 对线程属性初始化
     * 初始化完成以后，pthread_attr_t 结构所包含的结构体
     * 就是操作系统实现支持的所有线程属性的默认值
     */
    rs = pthread_attr_init (&attr);
    assert (rs == 0);     // 如果 rs 不等于 0，程序 abort() 退出

    /* 获得当前调度策略 */
    int policy = api_get_thread_policy (&attr);

    /* 显示当前调度策略的线程优先级范围 */
    printf ("Show current configuration of priority\n");
    api_show_thread_priority(&attr, policy);

    /* 获取 SCHED_FIFO 策略下的线程优先级范围 */
    printf ("show SCHED_FIFO of priority\n");
    api_show_thread_priority(&attr, SCHED_FIFO);

    /* 获取 SCHED_RR 策略下的线程优先级范围 */
    printf ("show SCHED_RR of priority\n");
    api_show_thread_priority(&attr, SCHED_RR);

    /* 显示当前线程的优先级 */
    printf ("show priority of current thread\n");
    int priority = api_get_thread_priority (&attr);

    /* 手动设置调度策略 */
    printf ("Set thread policy\n");

    printf ("set SCHED_FIFO policy\n");
    api_set_thread_policy(&attr, SCHED_FIFO);

    printf ("set SCHED_RR policy\n");
    api_set_thread_policy(&attr, SCHED_RR);

    /* 还原之前的策略 */
    printf ("Restore current policy\n");
    api_set_thread_policy (&attr, policy);

    /* 
     * 反初始化 pthread_attr_t 结构
     * 如果 pthread_attr_init 的实现对属性对象的内存空间是动态分配的，
     * phread_attr_destory 就会释放该内存空间
     */
    rs = pthread_attr_destroy (&attr);
    assert (rs == 0);

    return 0;
}