SCHED

Manuel du programmeur Linux (7)
28 avril 2014

NOM

sched - aperçu des API d'ordonnancement

DESCRIPTION

Résumé des API

Les API d'ordonnancement de Linux sont les suivantes :

sched_setscheduler(2): Affecte la politique d'ordonnancement et les paramètres associés du thread indiqué.
sched_getscheduler(2): Renvoie la politique d'ordonnancement du thread indiqué.
sched_setparam(2): Affecte les paramètres d'ordonnancement du thread indiqué.
sched_getparam(2): Récupère les paramètres d'ordonnancement du thread indiqué.
sched_get_priority_max(2): Renvoie la priorité la plus basse disponible pour la politique d'ordonnancement indiquée.
sched_get_priority_min(2): Renvoie la priorité la plus haute disponible pour la politique d'ordonnancement indiquée.
sched_rr_getinterval(2): Récupère le quantum utilisé pour les threads qui sont ordonnancés par une politique de type « round robin ».
sched_yield(2): Entraîne la libération de la CPU par l'appelant afin de permettre à d'autres thread de s'exécuter.
sched_setaffinity(2): (propre à Linux) Définit le maque d'affinité CPU du thread indiqué.
sched_getaffinity(2): (propre à Linux) Définit le maque d'affinité CPU du thread indiqué.
sched_setattr(2): (propre à Linux) Une API globale permettant de définir la politique d'ordonnancement et les paramètres du thread indiqué.
sched_getattr(2): (propre à Linux) Une API globale permettant de récupérer la politique d'ordonnancement et les paramètres du thread indiqué.

Politiques d'ordonnancement

L'ordonnanceur est la partie du noyau qui décide quel thread prêt va être exécuté ensuite. Chaque processus a une politique d'ordonnancement associée et une priorité d'ordonnancement statique, sched_priority ; ce sont les réglages modifiés par sched_setscheduler(). L'ordonnanceur prend ses décisions en fonction de la politique d'ordonnancement et de la priorité statique de tous les threads du système.

Pour les threads ordonnancés sous l'une des politiques d'ordonnancement normales (SCHED_OTHER, SCHED_IDLE, SCHED_BATCH), sched_priority n'est pas utilisée dans les décisions d'ordonnancement (et doit valoir 0).

Les processus ordonnancés sous l'une des politiques d'ordonnancement temps réel (SCHED_FIFO, SCHED_RR) ont une valeur de sched_priority dans l'intervalle 1 (faible) à 99 (haute). (Comme les nombres l'impliquent, les threads temps réel ont toujours une priorité plus haute que les threads normaux.) Notez bien : POSIX.1-2001 exige seulement d'une implémentation qu'elle gère un minimum de 32 niveaux de priorité distincts pour les politiques temps réel et certains systèmes n'offrent que ce minimum. Les programmes portables doivent utiliser sched_get_priority_min(2) et sched_get_priority_max(2) pour connaître l'intervalle des priorités gérées pour une politique particulière.

Conceptuellement, l'ordonnanceur dispose d'une liste de tous les threads prêts pour chaque valeur possible de sched_priority. Afin de déterminer quel processus doit s'exécuter ensuite, l'ordonnanceur recherche la liste non vide de plus haute priorité statique et choisit le thread en tête de cette liste.

La politique d'ordonnancement d'un thread détermine l'emplacement où il sera inséré dans la liste contenant les threads de même priorité statique, et comment il se déplacera dans cette liste.

Tout ordonnancement est préemptif : si un thread avec une priorité statique plus élevée devient prêt, le thread actuellement en cours d'exécution est interrompu et retourne dans la liste d'attente avec son niveau de priorité statique. La politique d'ordonnancement détermine simplement l'ordre utilisé dans une liste de threads prêts avec des priorités statiques égales.

SCHED_FIFO : Ordonnancement First In-First Out (premier arrivé, premier servi)

SCHED_FIFO ne peut être utilisée qu'avec des priorités statiques supérieures à 0, ce qui signifie que dès qu'un thread SCHED_FIFO devient prêt, un thread normal SCHED_OTHER, SCHED_BATCH ou SCHED_IDLE en cours d'exécution sera interrompu. SCHED_FIFO est un ordonnancement simple sans tranches de temps. Pour les threads ordonnancés par SCHED_FIFO les règles suivantes sont appliquées :

*: Un thread SCHED_FIFO qui a été préempté par un autre thread de priorité supérieure restera en tête de sa liste et reprendra son exécution dès que tous les threads de priorités supérieures sont à nouveau bloqués.
*: Quand un thread SCHED_FIFO devient prêt, il est inséré à la fin de sa liste.
*: Un appel système sched_setscheduler() ou sched_setparam(2) placera le thread SCHED_FIFO (ou SCHED_RR) identifié par pid en tête de sa liste s'il est prêt. Il pourra donc stopper le thread en cours d'exécution si sa priorité est au moins aussi grande. (Selon POSIX.1-2001, le thread devrait aller à la fin de sa liste.)
*: Un thread appelant sched_yield(2) sera placé à la fin de sa liste.

Aucun autre événement ne modifiera l'ordre des listes de priorités statiques égales avec SCHED_FIFO.

Un thread SCHED_FIFO s'exécute jusqu'à ce qu'il soit bloqué par une opération d'entrée-sortie, qu'il soit préempté par un thread de priorité supérieure, ou qu'il appelle sched_yield(2).

SCHED_RR : Ordonnancement Round Robin

SCHED_RR est une amélioration simple de la politique SCHED_FIFO. Tout ce qui est décrit pour SCHED_FIFO s'applique aussi à SCHED_RR, sauf que chaque thread ne dispose que d'une tranche temporelle limitée pour son exécution. Si un thread sous politique SCHED_RR s'est exécuté depuis une durée supérieure ou égale à la tranche temporelle (time quantum), il sera placé à la fin de la liste de sa priorité. Un thread sous SCHED_RR qui a été préempté par un thread de priorité supérieure terminera sa tranche de temps lorsqu'il reprendra son exécution. La longueur du quantum de temps peut être lue avec sched_rr_get_interval(2).

SCHED_OTHER : Ordonnancement temps-partagé par défaut

La politique SCHED_OTHER ne peut être utilisée qu'avec des priorités statiques à 0. C'est la politique standard de l'ordonnanceur temps partagé de Linux, et est conçue pour tous les thread ne réclamant pas de fonctionnalités temps-réel. Le thread à exécuter est choisi dans la liste des threads de priorités statiques nulles, en utilisant une priorité dynamique qui ne s'applique que dans cette liste. La priorité dynamique est basée sur la valeur de « politesse » du thread (définie avec les appels système nice(2) ou setpriority(2)) et est incrémentée à chaque quantum de temps où le thread est prêt mais non sélectionné par l'ordonnanceur. Ceci garantit une progression équitable de tous les thread SCHED_OTHER.

SCHED_BATCH : Ordonnancement de processus de traitement par lots

(Depuis Linux 2.6.16) SCHED_BATCH ne peut être utilisée qu'avec une priorité statique de 0. Cette politique est similaire à SCHED_OTHER, en ce qu'elle ordonnance les threads conformément à leur priorité dynamique (basée sur la valeur de politesse). La différence est que cette politique fera que l'ordonnanceur considérera toujours que ce thread demande beaucoup de ressources processeur. Par conséquent, il lui appliquera une pénalité d'ordonnancement vis-à-vis du comportement au réveil, et le thread sera légèrement désavantagé dans les décisions d'ordonnancement.

Cette politique est utile pour les processus non interactifs, mais qui ne souhaitent pas diminuer leur valeur de politesse, ou pour ceux qui veulent une politique d'ordonnancement déterministe, sans que l'interactivité ne cause de préemptions supplémentaires.

SCHED_IDLE : Ordonnancement de tâches de très faible priorité

(Depuis Linux 2.6.23.) SCHED_IDLE ne peut être utilisée qu'avec une priorité statique de 0 ; la valeur de courtoisie n'a pas d'influence pour cette politique.

Cette politique est conçue pour l'exécution de tâches de très faible priorité (inférieure même à une valeur de courtoisie +19 dans les politiques SCHED_OTHER ou SCHED_BATCH).

Réinitialiser la politique d'ordonnancement pour les processus fils

Depuis Linux 2.6.32, l'attribut SCHED_RESET_ON_FORK peut être inclus à l'aide d'un OU binaire dans policy dans l'appel à sched_setscheduler(). Avec cet attribut, les fils créés par fork(2) n'héritent pas de politiques d'ordonnancement privilégiées. Cette fonctionnalité est prévue pour des applications de lecture audiovisuelle, et peut être utilisée pour empêcher les applications de passer outre la limite de ressource RLIMIT_RTTIME (consultez getrlimit(2)) en créant de nombreux processus fils.

Plus précisément, si l'attribut SCHED_RESET_ON_FORK est utilisé, les règles suivantes seront appliquées lors de la création ultérieure des fils :

*: Si le thread appelant a une politique d'ordonnancement SCHED_FIFO ou SCHED_RR, la politique pour les processus fils est réinitialisée à SCHED_OTHER.
*: Si le processus appelant a une valeur de politesse négative, elle est mise à zéro pour les processus fils.

Une fois que l'attribut SCHED_RESET_ON_FORK est activé, il ne peut être désactivé que si le thread possède la capacité CAP_SYS_NICE. Cet attribut est désactivé pour les processus fils créés avec fork(2).

L'attribut SCHED_RESET_ON_FORK est visible dans la valeur de la politique du processus renvoyée par sched_getscheduler()

Privilèges et limites de ressources

Avec les noyaux Linux antérieurs à 2.6.12, seuls les threads privilégiés (CAP_SYS_NICE) pouvaient attribuer une priorité statique non nulle (c'est-à-dire définir une politique d'ordonnancement temps réel). Le seul changement qu'un thread non privilégié pouvait faire était d'affecter la politique SCHED_OTHER, et seulement si l'UID effectif de l'appelant de sched_setscheduler() était le même que l'UID réel ou effectif du thread cible (c'est-à-dire le thread spécifié par pid), dont la politique est modifiée.

Depuis Linux 2.6.12, la limite de ressources RLIMIT_RTPRIO définit un plafond pour la priorité statique d'un thread non privilégié pour les politiques SCHED_RR et SCHED_FIFO. Les règles pour modifier la politique d'ordonnancement et la priorité sont les suivantes :

*: Si un thread non privilégié a une limite souple RLIMIT_RTPRIO non nulle, il peut modifier sa politique et sa priorité d'ordonnancement, à condition que la priorité reste inférieure au maximum de sa priorité actuelle et à la limite souple RLIMIT_RTPRIO.
*: Si la limite souple RLIMIT_RTPRIO est nulle, les seules modifications permises sont une diminution de la priorité ou bien un basculement vers une politique qui ne soit pas temps réel.
*: Soumis aux mêmes règles, un autre thread non privilégié peut également faire ces modifications à partir du moment où l'UID effectif du thread effectuant la modification correspond à l'UID réel ou effectif du thread cible.
*: Des règles particulières s'appliquent à SCHED_IDLE. Dans les noyaux Linux antérieurs à 2.6.39, un thread non privilégié opérant sous cette politique ne peut pas modifier sa politique, quelle que soit la valeur de sa limite souple de ressources RLIMIT_RTPRIO. Dans les noyaux Linux postérieurs à 2.6.39, un thread non privilégié peut basculer vers la politique SCHED_BATCH ou SCHED_NORMAL tant que sa valeur de politesse tombe dans l'intervalle permis par sa limite de ressources RLIMIT_NICE (consultez getrlimit(2)).

Les threads privilégiés (CAP_SYS_NICE) ignorent la limite RLIMIT_RTPRIO : comme avec d'anciens noyaux, ils peuvent modifier arbitrairement la politique d'ordonnancement et la priorité. Consultez getrlimit(2) pour plus d'informations sur RLIMIT_RTPRIO.

Temps de réponse

Un thread de haute priorité bloqué en attente d'entrées-sorties est affecté d'un certain temps de réponse avant d'être sélectionné à nouveau. Le concepteur d'un gestionnaire de périphérique peut réduire grandement ce temps de réponse en utilisant un gestionnaire d'interruptions lentes.

Divers

Les processus fils héritent de la politique d'ordonnancement et des paramètres associés lors d'un fork(2). L'algorithme et les paramètres d'ordonnancement sont conservés au travers d'un execve(2).

Le verrouillage de pages en mémoire est généralement nécessaire pour les processus temps réel afin d'éviter les délais de pagination ; ceci peut être effectué avec mlock(2) ou mlockall(2).

Comme une boucle sans fin non bloquante dans un thread ordonnancé sous une politique SCHED_FIFO ou SCHED_RR bloquera indéfiniment tous les threads avec une priorité plus faible, le développeur d'applications temps-réel devrait toujours conserver sur une console un shell ordonnancé avec une priorité supérieure à celle de l'application testée. Ceci permettra un kill(1) d'urgence des applications testées qui ne se bloquent pas ou qui ne se terminent pas comme prévu. Consultez également la description de la limite de ressources RLIMIT_RTTIME dans getrlimit(2).

Les systèmes POSIX sur lesquels sched_setscheduler() et sched_getscheduler() sont disponibles définissent _POSIX_PRIORITY_SCHEDULING dans <unistd.h>.

VALEUR RENVOYÉE

sched_setscheduler() renvoie 0 s'il réussit. sched_getscheduler() renvoie la politique pour le thread (un entier >= 0) s'il réussit. En cas d'échec, -1 est renvoyé et errno contient le code d'erreur.

ERREURS

EINVAL: La valeur de politique d'ordonnancement policy n'existe pas, param vaut NULL ou n'a pas de signification pour la politique policy.
EPERM: Le thread appelant ne possède pas les privilèges nécessaires.
ESRCH: Le thread numéro pid n'existe pas.

CONFORMITÉ

POSIX.1-2001 (voir la section BOGUES ci-dessous). Les politiques SCHED_BATCH et SCHED_IDLE sont spécifiques à Linux.

NOTES

POSIX.1 ne détaille pas quelles permissions sont nécessaire pour qu'un thread non privilégié puisse appeler sched_setscheduler(), et les détails dépendent des systèmes. Par exemple, la page de manuel de Solaris 7 dit que l'UID réel ou effectif du thread appelant doit correspondre à l'UID réel ou sauvé du processus visé.

Sous Linux, la politique et les paramètres d'ordonnancement sont, des attributs des threads. La valeur renvoyée par un appel à gettid(2) peut être passée via l'argument pid. Lorsque la valeur de pid indiquée est 0, l'attribut sera défini pour le thread appelant ; lorsque cette valeur est celle renvoyée par getpid(2), l'attribut modifié sera celui du thread principal du groupe de threads (si vous utilisez l'API de manipulation des threads POSIX, alors utilisez pthread_setschedparam(3), pthread_getschedparam(3) et pthread_setschedprio(3) plutôt que les appels système sched_*(2)).

À l'origine, le noyau Linux standard visait un système d'exploitation à vocation généraliste, devant gérer des processus en arrière-plan, des applications interactives, et des applications en temps réel souple (qui ont besoin en général de répondre à des critères de temps maximal). Bien que le noyau Linux 2.6 ait permis la préemption du noyau et que le nouvellement introduit ordonnanceur O(1) assure que le temps nécessaire pour planifier soit fixe et déterministe quel que soit le nombre de tâches, une vraie gestion temps réel n'était pas possible avant le noyau 2.6.17.

Fonctionnalités temps réel dans le noyau Linux principal

Toutefois, depuis le noyau 2.6.18, Linux s'est vu graduellement équipé de possibilités temps réel, la plupart étant dérivées des ajouts de préemption temps réel (realtime-preempt) réalisés par Ingo Molnar, Thomas Gleixner, Steven Rostedt et autres. Jusqu'à ce que ces ajouts aient été entièrement fusionnés dans le noyau principal (c'est attendu aux alentours des versions 2.6.30), ils doivent être installés pour atteindre les meilleures performances temps réel. Ces ajouts s'appellent :


patch-version-noyau-rtversion-patch

et peuvent être téléchargés à partir de

Sans les ajouts et avant leur complète inclusion dans le noyau principal, la configuration du noyau n'offre que trois classes de préemption CONFIG_PREEMPT_NONE, CONFIG_PREEMPT_VOLUNTARY et CONFIG_PREEMPT_DESKTOP qui fournissement respectivement « aucune », « quelque » et une « considérable » réduction de la latence d'ordonnancement de pire cas.

Avec les ajouts appliqués ou après leur pleine inclusion dans le noyau principal, la configuration supplémentaire CONFIG_PREEMPT_RT devient disponible. Si elle est choisie, Linux est transformé en un système d'exploitation temps réel ordinaire. Les politiques d'ordonnancement FIFO et RR qui peuvent être définies avec sched_setscheduler() sont alors utilisées pour lancer un thread avec une vraie priorité temps réel et une latence minimum d'ordonnancement de pire cas.

BOGUES

POSIX précise qu'en cas de succès,

VOIR AUSSI

chrt(1), getpriority(2), mlock(2), mlockall(2), munlock(2), munlockall(2), nice(2), sched_get_priority_max(2), sched_get_priority_min(2), sched_getscheduler(2), sched_getaffinity(2), sched_getparam(2), sched_rr_get_interval(2), sched_setaffinity(2), sched_setscheduler(2), sched_setparam(2), sched_yield(2), setpriority(2), pthread_getaffinity_np(3), pthread_setaffinity_np(3), sched_getcpu(3), capabilities(7), cpuset(7)

Programming for the real world - POSIX.4 de Bill O. Gallmeister, O'Reilly & Associates, Inc., ISBN 1-56592-074-0.

Le fichier des sources du noyau Linux Documentation/scheduler/sched-rt-group.txt

COLOPHON

Cette page fait partie de la publication 3.66 du projet man-pages Linux. Une description du projet et des instructions pour signaler des anomalies peuvent être trouvées à l'adresse http://www.kernel.org/doc/man-pages/.

TRADUCTION

Depuis 2010, cette traduction est maintenue à l'aide de l'outil po4a <http://po4a.alioth.debian.org/> par l'équipe de traduction francophone au sein du projet perkamon <http://perkamon.alioth.debian.org/>.

Veuillez signaler toute erreur de traduction en écrivant à <perkamon-fr@traduc.org>.

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SCHED_FIFO : Ordonnancement First In-First Out (premier arrivé, premier servi)
SCHED_RR : Ordonnancement Round Robin
SCHED_OTHER : Ordonnancement temps-partagé par défaut
SCHED_BATCH : Ordonnancement de processus de traitement par lots
SCHED_IDLE : Ordonnancement de tâches de très faible priorité
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Privilèges et limites de ressources
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Time: 21:52:44 GMT, July 12, 2014