103.6 Lektion 1

Linux als präemptives Multiprozessorbetriebssystem implementiert einen Scheduler, der die Prozesswarteschlange organisiert. Genauer gesagt, der Scheduler entscheidet, welcher Thread in der Warteschlange ausgeführt wird — ein Prozess kann in viele unabhängige Threads aufgeteilt sein — aber Prozess und Thread sind in diesem Zusammenhang austauschbare Begriffe. Jeder Prozess hat zwei Parameter, die in seine Zeitplanung eingreifen: die Schedulingrichtlinie und die Schedulingpriorität.

Es gibt zwei Haupttypen von Planungsrichtlinien: Echtzeitrichtlinien und normale Richtlinien. Prozesse mit Echtzeitrichtlinien werden direkt anhand ihrer Prioritätswerte geplant. Wenn ein wichtigerer Prozess laufbereit wird, wird einem laufenden aber weniger wichtigen Prozess vorgegriffen und der Prozess mit der höheren Priorität übernimmt die Kontrolle über die CPU. Ein Prozess mit niedrigerer Priorität erlangt nur dann die Kontrolle über die CPU, wenn Prozesse mit höherer Priorität im Leerlauf sind oder auf eine Antwort der Hardware warten.

Jeder Echtzeitprozess hat eine höhere Priorität als ein normaler Prozess. Als Allzweckbetriebssystem führt Linux nur einige wenige Echtzeitprozesse aus. Die meisten Prozesse, einschließlich System- und Benutzerprogramme, laufen unter normalen Schedulingrichtlinien. Normale Prozesse haben für gewöhnlich den gleichen Prioritätswert, aber normale Richtlinien können Regeln für die Ausführungspriorität mit Hilfe eines anderen Prozessparameters definieren: dem nice-Wert. Um Verwirrung mit den dynamischen Prioritäten zu vermeiden, die von nice-Werten abgeleitet werden, werden Schedulingprioritäten gewöhnlich als statische Schedulingprioritäten bezeichnet.

Der Linux Scheduler kann auf viele verschiedene Arten konfiguriert werden, und es gibt noch kompliziertere Möglichkeiten zur Festlegung von Prioritäten, aber diese allgemeinen Konzepte gelten immer. Beim Überprüfen und Abstimmen der Prozessplanung ist es wichtig, sich vor Augen zu halten, dass nur Prozesse unter normalen Schedulingrichtlinien betroffen sind.

Linux reserviert statische Prioritäten von 0 bis 99 für Echtzeitprozesse und normale Prozesse werden statischen Prioritäten von 100 bis 139 zugeordnet, was bedeutet, dass es 40 verschiedene Prioritätsstufen für normale Prozesse gibt. Niedrigere Werte bedeuten höhere Priorität. Die statische Priorität eines aktiven Prozesses können in der sched-Datei gefunden werden, die sich in dem entsprechenden Verzeichnis innerhalb des /proc-Dateisystems befindet:

Wie im Beispiel gezeigt, gibt die Zeile, welche mit prio beginnt, den Prioritätswert des Prozesses an (der Prozess mit der PID 1 ist der init- oder der systemd-Prozess, der erste Prozess, den der Kernel während der Systeminitialisierung startet). Die Standardpriorität für normale Prozesse beträgt 120, so dass sie auf 100 verringert oder auf 139 erhöht werden kann. Die Prioritäten aller laufenden Prozesse können mit dem Befehl ps -Al oder ps -el überprüft werden:

Die Spalte PRI gibt die statische Priorität an, die vom Kernel zugewiesen wird. Beachten Sie jedoch, das sich der von ps angezeigte Prioritätswert von dem im vorherigen Beispiel erhaltenen Wert unterscheidet. Aus historischen Gründen liegen die von ps angezeigten Prioritäten standardmäßig zwischen -40 und 99, so dass sich die tatsächliche Priorität durch Addition von 40 ergibt (in diesem Beispiel: 80 + 40 = 120).

Es ist auch möglich, Prozesse, die derzeit vom Linux-Kernel verwaltet werden, mit dem Programm top kontinuierlich zu überwachen. Wie bei ps wird auch bei top der Prioritätswert anders dargestellt. Um es einfacher zu machen, Echtzeitprozesse zu identifizieren, subtrahiert top den Prioritätswert um 100, wodurch alle Echtzeitprioritäten negativ werden, wobei eine negative Zahl oder rt diese identifiziert. Daher reichen die normalen Prioritäten, die von top angezeigt werden, von 0 bis 39.

Jeder normale Prozess beginnt mit einem standardisierem nice-Wert von 0 (Priorität 120). Der Name nice (deutch: nett) kommt von der Idee, dass “nettere” Prozesse anderen Prozessen erlauben, vor diesen in der Ausführungswarteschlange zu laufen. Nette Werte reichen von -20 (weniger nett, hohe Priorität) bis 19 (sehr nett, niedrige Priorität). Linux erlaubt auch die Möglichkeit, Threads innerhalb desselben Prozesses verschiedene nice-Werte zuzuweisen. Die Spalte NI in der Ausgabe ps gibt den nice-Wert an.

Nur der Benutzer root kann die Nettigkeit eines Prozesses unter Null senken. Es ist möglich, einen Prozess mit einer nicht standardmäßigen Priorität mit dem Befehl nice zu starten. Standardmäßig ändert nice die Nettigkeit auf 10, dies kann aber mittels der Option -n angepasst werden:

In diesem Beispiel wird der Befehl tar mit einer Nettigkeit von 15 gestartet. Der Befehl renice kann verwendet werden, um die Priorität eines laufenden Prozesses zu ändern. Die Option -p bestimmt die PID-Nummer des Zielprozesses. Zum Beispiel:

Die Optionen -g und -u werden verwendet, um alle Prozesse einer bestimmten Gruppe bzw. eines bestimmten Benutzers zu modifizieren. Mit renice +5 -g users wird die Nettigkeit der Prozesse, die den Benutzern der Gruppe users angehören, um fünf erhöht.

Neben renice kann die Priorität von Prozessen auch mit anderen Programmen, wie dem Programm top, verändert werden. Auf dem Hauptbildschirm von top kann die Nettigkeit eines Prozesses modifiziert werden, indem man r und dann die PID-Nummer des Prozesses eingibt:

Die Meldung PID to renice [default pid = 1] erscheint, wobei der erste aufgeführte Prozess standardmäßig ausgewählt ist. Um die Priorität eines anderen Prozesses zu ändern, gibt man dessen PID ein und drückt die Eingabetaste. Dann erscheint die Meldung Renice PID 1 to value (mit der angeforderten PID-Nummer), und es kann ein neuer nice-Wert zugewiesen werden.