103.6 Lezione 1

Linux, come sistema operativo multi-elaborazione preventivo (preemptive), implementa uno scheduler che organizza la coda dei processi. Più precisamente, lo scheduler decide anche quale thread accodato verrà eseguito - un processo può ramificare molti thread indipendenti - ma processo e thread sono termini intercambiabili in questo contesto. Ogni processo ha due predicati che intervengono sulla sua schedulazione: la scheduling policy e la scheduling priority.

Esistono due tipi principali di criteri di pianificazione (scheduling): politiche in tempo reale e politiche normali. I processi nell’ambito di una politica in tempo reale sono programmati direttamente dai loro valori di priorità. Se un processo più importante diventa pronto per essere eseguito, un processo in esecuzione meno importante viene interrotto e il processo con priorità più alta assume il controllo della CPU. Un processo con priorità più bassa otterrà il controllo della CPU solo se i processi con priorità più alta sono inattivi o in attesa di risposta hardware.

Qualsiasi processo in tempo reale ha una priorità maggiore rispetto a un processo normale. Come sistema operativo generico, Linux esegue solo pochi processi in tempo reale. La maggior parte dei processi, inclusi i programmi di sistema e utente, vengono eseguiti secondo i normali criteri di pianificazione. I processi normali di solito hanno lo stesso valore di priorità, ma le politiche normali possono definire regole di priorità di esecuzione utilizzando un altro predicato di processo: il nice value. Per evitare confusione con le priorità dinamiche derivate da valori accettabili, le priorità di pianificazione sono solitamente chiamate priorità di pianificazione statiche.

Lo scheduler di Linux può essere configurato in molti modi diversi ed esistono modi ancora più complessi per stabilire le priorità, ma questi concetti generali si applicano sempre. Durante l’ispezione e l’ottimizzazione della pianificazione dei processi, è importante tenere presente che saranno interessati solo i processi con i normali criteri di pianificazione.

Linux riserva priorità statiche che vanno da 0 a 99 per i processi in tempo reale e priorità statiche che vanno da 100 a 139 per i processi normali, il che significa che ci sono 39 diversi livelli di priorità per i processi normali. Valori più bassi significano priorità più alta. La priorità statica di un processo attivo può essere trovata nel file sched, situato nella sua rispettiva directory all’interno del filesystem /proc

Come mostrato nell’esempio, la riga che inizia con prio fornisce il valore di priorità del processo (il processo PID 1 è il processo init o systemd, il primo processo che il kernel avvia durante l’inizializzazione del sistema). La priorità standard per i processi normali è 120, quindi può essere ridotta a 100 o aumentata a 139. Le priorità di tutti i processi in esecuzione possono essere verificate con il comando ps -Al o ps -el:

La colonna PRI indica la priorità statica assegnata dal kernel. Notare, tuttavia, che il valore di priorità visualizzato da ps è diverso da quello ottenuto nell’esempio precedente. Per ragioni storiche, le priorità visualizzate da ps vanno da -40 a 99 per impostazione predefinita, quindi la priorità effettiva si ottiene aggiungendovi 40 (in particolare, 80 + 40 = 120).

È anche possibile monitorare continuamente i processi attualmente gestiti dal kernel Linux con il programma top. Come con ps, anche top mostra il valore di priorità in modo diverso. Per rendere più facile l’identificazione dei processi in tempo reale, top sottrae il valore di priorità di 100, rendendo così tutte le priorità in tempo reale negative, con un numero negativo o rt che le identifica. Pertanto, le priorità normali visualizzate da top vanno da 0 a 39.

Ogni processo normale inizia con un valore di niceness predefinito di 0 (priorità 120). Il nome nice deriva dall’idea che i processi “più gentili” consentono ad altri processi di essere eseguiti prima di loro in una particolare coda di esecuzione. I numeri di niceness vanno da -20 (meno gentilezza, priorità alta) a 19 (più gentilezza, priorità bassa). Linux consente anche di assegnare diversi valori di niceness ai thread all’interno dello stesso processo. La colonna "NI" nell’output ps indica il numero nice.

Solo l’utente root può diminuire la niceness di un processo sotto lo zero. È possibile avviare un processo con una priorità non standard con il comando nice. Per impostazione predefinita, nice cambia la niceness in 10, ma può essere specificato con l’opzione -n:

In questo esempio, il comando tar viene eseguito con una niceness di 15. Il comando renice può essere usato per cambiare la priorità di un processo in esecuzione. L’opzione -p indica il numero PID del processo di destinazione. Per esempio:

Le opzioni -g e -u sono usate per modificare rispettivamente tutti i processi di un gruppo o di un utente specifico. Con renice +5 -g users, la niceness dei processi posseduti dagli utenti del gruppo users sarà aumentata a 5.

Oltre a renice, la priorità dei processi può essere modificata con altri programmi, come il programma top. Nella schermata principale in alto, la niceness di un processo può essere modificata premendo r e quindi il numero PID del processo:

Il messaggio PID to renice [default pid = 1] appare con il primo processo elencato selezionato per impostazione predefinita. Per modificare la priorità di un altro processo, digita il suo PID e premi Invio. Apparirà quindi il messaggio Renice PID 1 to value (con il numero PID richiesto) e sarà possibile assegnare un nuovo valore di niceness.