linux核心排程演算法（2）--CPU時間片如何分配
核心在微觀上，把CPU的執行時間分成許多分，然後安排給各個程序輪流執行，造成巨集觀上所有的程序彷彿同時在執行。雙核CPU，實際上最多隻能有兩個程序在同時執行，大家在top、vmstat命令裡看到的正在執行的程序，並不是真的在佔有著CPU哈。
所以，一些設計良好的高效能程序，比如nginx，都是實際上有幾顆CPU，就配幾個工作程序，道理就在這。比如你的伺服器有8顆CPU，那麼nginx worker應當只有8個，當你多於8個時，核心可能會放超過多個nginx worker程序到1個runqueue裡，會發生什麼呢？就是在這顆CPU上，會比較均勻的把時間分配給這幾個nginx worker，每個worker程序執行完一個時間片後，核心需要做程序切換，把正在執行的程序上下文儲存下來。假設核心分配的時間片是100ms，做程序切換的時間是5ms，那麼程序效能下降還是很明顯的，跟你配置的worker有關，越多下降得越厲害。
當然，這是跟nginx的設計有關的。nginx是事件驅動的全非同步程序，本身設計上就幾乎不存在阻塞和中斷，nginx的設計者就希望每一個nginx worker可以獨佔CPU的幾乎全部時間片，這點就是nginx worker數量配置的依據所在。
當然，實際的執行程序裡，大部分並不是nginx這種希望獨佔CPU全部時間片的程序，許多程序，比如vi，它在很多時間是在等待使用者輸入，這時vi在等待IO中斷，是不佔用時間片的，核心面對多樣化的程序，就需要技巧性的分配CPU時間片了。
核心分配時間片是有策略和傾向性的。換句話說，核心是偏心的，它喜歡的是IO消耗型程序，因為這類程序如果不能及時響應，使用者就會很不爽，所以它總會下意識的多分配CPU執行時間給這類程序。而CPU消耗程序核心就不太關心了。這有道理嗎？太有了，CPU消耗型慢一點使用者感知不出來，電訊號和生物訊號運轉速度差距巨大。雖然核心儘量多的分配時間片給IO消耗型程序，但IO消耗程序常常在睡覺，給它的時間片根本用不掉。很合理吧？
那麼核心具體是怎麼實現這種偏心呢？通過動態調整程序的優先順序，以及分配不同長短的CPU時間處來實現。先說核心如何決定時間片的長度。
對每一個程序，有一個整型static_prio表示使用者設定的靜態優先順序，核心裡它與nice值是對應的。看看程序描述結構裡的static_prio成員。
struct task_struct {
int prio, static_prio;
......}#define MAX_USER_RT_PRIO 100 #define MAX_RT_PRIO MAX_USER_RT_PRIO #define MAX_PRIO (MAX_RT_PRIO + 40)
可以看到，MAX_PRIO就是140，也就是核心定義的最大優先順序了。
#define USER_PRIO(p) ((p)-MAX_RT_PRIO)
#define MAX_USER_PRIO (USER_PRIO(MAX_PRIO))而MAX_USER_PRIO就是40，意指，普通程序指定的優先級別最多40，就像前面我們講的那樣-20到+19。
#define NICE_TO_PRIO(nice) (MAX_RT_PRIO + (nice) + 20)nice值是-20表示最高，對應著static_prio是多少呢？NICE_TO_PRIO(0)就是120，NICE_TO_PRIO(-20)就是100。
當該程序剛被其父程序fork出來時，是平分其父程序的剩餘時間片的。這個時間片執行完後，就會根據它的初始優先順序來重新分配時間片，優先順序為+19時最低，只分配最小時間片5ms，優先順序為0時是100ms，優先順序是-20時是最大時間片800ms。我們看看核心是如何計算時間片長度的，大家先看下task_timeslice時間片計算函式：
#define SCALE_PRIO(x, prio) \
max(x * (MAX_PRIO - prio) / (MAX_USER_PRIO/2), MIN_TIMESLICE)
static unsigned int task_timeslice(task_t *p)
{
if (p->static_prio < NICE_TO_PRIO(0))
return SCALE_PRIO(DEF_TIMESLICE*4, p->static_prio);
else
return SCALE_PRIO(DEF_TIMESLICE, p->static_prio);
}這裡有一堆巨集，我們把巨集依次列出看看它們的值：