103.6 Lição 1

O Linux, sendo um sistema operacional de multiprocessamento preventivo, implementa um agendador que organiza a fila de processos. Mais precisamente, o agendador também decide qual thread da fila será executada — um processo pode ter muitas threads independentes — mas processo e thread são termos intercambiáveis neste contexto. Cada processo tem dois predicados que intervêm em seu agendamento: a política de programação e a prioridade de programação.

Existem dois tipos principais de políticas de programação: políticas em tempo real e políticas normais. Os processos em uma política em tempo real são programados diretamente por seus valores de prioridade. Se um processo mais importante estiver pronto para ser executado, um processo menos importante será interrompido e o processo de prioridade mais alta assumirá o controle da CPU. Um processo de prioridade mais baixa obterá o controle da CPU apenas se os processos de prioridade mais alta estiverem ociosos ou aguardando a resposta do hardware.

Qualquer processo em tempo real tem mais prioridade do que um processo normal. Como um sistema operacional de uso geral, o Linux executa apenas um punhado de processos em tempo real. A maioria dos processos, incluindo o sistema e os programas, são executados sob as políticas de programação normais. Os processos normais geralmente têm o mesmo valor de prioridade, mas as políticas normais podem definir regras de prioridade de execução usando outro predicado do processo: o valor nice. Para evitar confusão com as prioridades dinâmicas derivadas de valores nice, as prioridades de programação são geralmente chamadas de prioridades estáticas.

O agendador do Linux pode ser configurado de muitas maneiras diferentes e existem formas ainda mais intrincadas de estabelecer prioridades, mas esses conceitos gerais sempre se aplicam. Ao inspecionar e refinar a programação do processo, é importante ter em mente que apenas os processos sob a política de programação normal serão afetados.

O Linux reserva as prioridades estáticas de 0 a 99 para processos em tempo real. As prioridades estáticas de 100 a 139 são atribuídas a processos normais, o que significa que existem 39 níveis de prioridade diferentes para os processos normais. Valores mais baixos indicam uma prioridade mais alta. A prioridade estática de um processo ativo pode ser encontrada no arquivo sched, localizado em seu diretório respectivo dentro do sistema de arquivos /proc:

Como mostrado no exemplo, a linha que começa com prio fornece o valor de prioridade do processo (o processo PID 1 é o processo init ou systemd, o primeiro processo que o kernel inicia durante a inicialização do sistema). A prioridade padrão para os processos normais é 120, podendo assim ser diminuída para 100 ou aumentada para 139. As prioridades de todos os processos em execução podem ser verificadas com o comando ps -Al ou ps -el:

A coluna PRI indica a prioridade estática atribuída pelo kernel. Observe, no entanto, que o valor de prioridade exibido por ps difere do obtido no exemplo anterior. Por razões históricas, as prioridades exibidas por ps variam de -40 a 99 por padrão, de modo que a prioridade real é obtida adicionando 40 a esse valor (no caso, 80 + 40 = 120).

Também é possível monitorar continuamente os processos atualmente gerenciados pelo kernel do Linux com o programa top. Como ps, top também exibe o valor de prioridade de forma diferente. Para facilitar a identificação de processos em tempo real, top subtrai 100 do valor da prioridade, tornando todas as prioridades em tempo real negativas, com um número negativo ou rt que as identifica. Portanto, as prioridades normais exibidas por top variam de 0 a 39.

Todo processo normal começa com um valor nice padrão de 0 (prioridade 120). O nome nice (agradável, cortês) vem da ideia de que os processos “mais corteses” permitem que outros processos sejam executados antes deles em uma fila de execução particular. Os números nice variam de -20 (menos cortês, prioridade alta) a 19 (mais cortês, prioridade baixa). O Linux também permite atribuir diferentes valores nice a threads do mesmo processo. A coluna NI na saída de ps indica o número nice.

Apenas o usuário root pode diminuir o valor nice de um processo para menos de zero. É possível iniciar um processo com uma prioridade não padrão com o comando nice. Por padrão, nice muda o valor nice para 10, mas esse valor pode ser especificado com a opção -n:

Neste exemplo, o comando tar é executado com um valor nice de 15. O comando renice pode ser usado para alterar a prioridade de um processo em execução. A opção -p indica o número PID do processo alvo. Por exemplo:

As opções -g e -u são usadas para modificar todos os processos de um determinado grupo ou usuário, respectivamente. Com renice +5 -g users, o valor nice dos processos pertencentes a usuários do grupo users será aumentado em cinco.

Além de renice, a prioridade dos processos pode ser modificada com outros programas, como top. No alto da tela principal, o valor nice de um processo pode ser modificado pressionando r e, em seguida, o número PID do processo:

A mensagem PID to renice [default pid = 1] aparece, com o primeiro processo listado selecionado por padrão. Para alterar a prioridade de outro processo, digite o PID dele e pressione Enter. A mensagem Renice PID 1 to value será exibida (com o número PID solicitado) e um novo valor nice poderá ser atribuído.