关于Android进程调度浅谈

港控/mmm° 2024-04-01 13:10 62阅读 0赞

Linux系统将进程分为实时进程和普通进程，实时进程的[优先级][Link 1]范围为0~99，普通进程为100~139，并且二者的调度策略也是不通的。Android系统是基于Linux系统之上开发的，其充分利用了Linux系统的一些特性，有些甚至可以做为开发范本。这篇文章分析一下Android系统是如何利用Linux进程调度策略来管理进程优先级的，源码参考Android 9.0。

实时进程

Android中对实时进程使用了SCHED\_FIFO策略，这个策略使用先进先出的管理规则，进程占有CPU时，如果没有更高优先级的实时进程抢占或主动让出，进程将保持使用CPU。这也说明Android系统希望实时进程能高优先级的持续运行，不想其因为时间片的耗尽而中断执行。但系统是不会让实时进程一直运行的，CPU消耗型的进程是不会设置为实时进程的，实时进程更倾向于为实时性较为敏感的IO消耗型进程服务。

Android系统在以下几个地方设置了SCHED\_FIFO调度策略，

AMS中，当属性"sys.use\_fifo\_ui"设置为1时，将前台进程的UI线程和Render线程设置为为实时策略，否则为普通进程。同时设置了SCHED\_RESET\_ON\_FORK位，表明其子进程会恢复默认的调度策略。

Process.setThreadScheduler(tid, Process.SCHED\_FIFO | Process.SCHED\_RESET\_ON\_FORK, 1);

SurfaceFlinger中，在亮屏时使用实时调度，灭屏时使用非实时调度。

sched\_setscheduler(0, SCHED\_FIFO, ¶m)

如果支持Audio FastMixer，FastMixer使用实时调度，通过requestPriority()设置。

Android新增加的AAudioService中，将client线程设置为实时策略，通过requestPriority()设置。

属性"camera.fifo.disable"没有被设置时，将Cameraservice的request线程设置为实时策略，通过requestPriority()设置。

Audio HIDL使用实时策略，通过requestPriority()设置。

frameworks/base/services/core/java/com/android/server/os/SchedulingPolicyService.java 83 public int requestPriority(int pid, int tid, int prio, boolean isForApp) \{ ...... // UID为AudioServer，CameraServer，Bluetooth时才能使用该接口， // 优先级为1~3，线程组ID（tgid）与pid不同时不能使用该接口92 if (!isPermitted() || prio < PRIORITY\_MIN ||93 prio > PRIORITY\_MAX || Process.getThreadGroupLeader(tid) != pid) \{94 return PackageManager.PERMISSION\_DENIED;95 \} // 非Bluetooth时，App设置到THREAD\_GROUP\_RT\_APP，非App设置到THREAD\_GROUP\_AUDIO\_SYS96 if (Binder.getCallingUid() != Process.BLUETOOTH\_UID) \{97 try \{98 // make good use of our CAP\_SYS\_NICE capability99 Process.setThreadGroup(tid, !isForApp ?100 Process.THREAD\_GROUP\_AUDIO\_SYS : Process.THREAD\_GROUP\_RT\_APP);101 \} catch (RuntimeException e) \{ ......104 \}105 \}106 try \{107 // must be in this order or it fails the schedulability constraint108 Process.setThreadScheduler(tid, Process.SCHED\_FIFO | Process.SCHED\_RESET\_ON\_FORK,109 prio);110 \} catch (RuntimeException e) \{ ......113 \}114 return PackageManager.PERMISSION\_GRANTED;115 \}

可以看出Android对实时调度策略的使用是很谨慎的，只有与硬件相关的数据传输进程才会使用实时策略。大部分的进程还是做为普通进程通过优先级的调整来管理。

普通进程

Android中的普通进程使用SCHED\_OTHER调度策略，它将普通进程的优先级化为9个级别。

frameworks/base/core/java/android/os/Process.java // 默认优先级225 public static final int THREAD\_PRIORITY\_DEFAULT = 0; // 最低优先级240 public static final int THREAD\_PRIORITY\_LOWEST = 19; // 后台线程优先级，略低于默认优先级，可以减少对用户交互的影响250 public static final int THREAD\_PRIORITY\_BACKGROUND = 10; // 前台线程优先级，正在进行交互的应用使用这个级别261 public static final int THREAD\_PRIORITY\_FOREGROUND = -2; // 显示相关线程的优先级，用于更新用户界面271 public static final int THREAD\_PRIORITY\_DISPLAY = -4; // 重要显示线程的优先级，屏幕合成和获取输入事件使用这个级别281 public static final int THREAD\_PRIORITY\_URGENT\_DISPLAY = -8; // 视频相关线程的优先级290 public static final int THREAD\_PRIORITY\_VIDEO = -10; // 声音相关线程的优先级299 public static final int THREAD\_PRIORITY\_AUDIO = -16; // 重要声音线程的优先级308 public static final int THREAD\_PRIORITY\_URGENT\_AUDIO = -19;

在原生代码的注释中，除了THREAD\_PRIORITY\_DEFAULT、THREAD\_PRIORITY\_LOWEST和THREAD\_PRIORITY\_BACKGROUND以外，都标注“用户通常不应该修改为此优先级”。这表明了Android的态度，它并不希望应用开发者随意去修改优先级。但在代码中并没有做出这种限制，实际上用户可以通过android.os.Process.setThreadPriority()设置-20~19任意一个值。setThreadPriority()与Linux命令nice的作用相同，在100~139间调整普通进程的优先级。

frameworks/base/core/jni/android\_util\_Process.cpp493void android\_os\_Process\_setThreadPriority(JNIEnv\* env, jobject clazz,494 jint pid, jint pri)495\{ ...... // 调用libutils中设置优先级的接口511 int rc = androidSetThreadPriority(pid, pri); ......522\}system/core/libutils/Threads.cpp299int androidSetThreadPriority(pid\_t tid, int pri)300\{ ...... // 根据优先级设置线程的调度304 if (pri >= ANDROID\_PRIORITY\_BACKGROUND) \{305 rc = set\_sched\_policy(tid, SP\_BACKGROUND);306 \} else if (getpriority(PRIO\_PROCESS, tid) >= ANDROID\_PRIORITY\_BACKGROUND) \{307 rc = set\_sched\_policy(tid, SP\_FOREGROUND);308 \} ...... // 使用Linux系统接口设置优先级 314 if (setpriority(PRIO\_PROCESS, tid, pri) < 0) \{316 ......321\}

除了setThreadPriority()，Android中还有一个调整优先级的接口：java.lang.Thread.setPriority()。

libcore/ojluni/src/main/java/java/lang/Thread.java // 最小级别258 public final static int MIN\_PRIORITY = 1; // 缺省级别263 public final static int NORM\_PRIORITY = 5; // 最大级别268 public final static int MAX\_PRIORITY = 10; ......1080 public final void setPriority(int newPriority) \{1081 ThreadGroup g;1082 checkAccess(); // 验证级别有效性1083 if (newPriority > MAX\_PRIORITY || newPriority < MIN\_PRIORITY) \{1084 // Android-changed: Improve exception message when the new priority1085 // is out of bounds.1086 throw new IllegalArgumentException("Priority out of range: " + newPriority);1087 \}1088 if((g = getThreadGroup()) != null) \{ // 设置的优先级不能大于线程组的最大优先级1089 if (newPriority > g.getMaxPriority()) \{1090 newPriority = g.getMaxPriority();1091 \}1092 synchronized(this) \{1093 this.priority = newPriority;1094 if (isAlive()) \{ // 设置优先级的native方法1095 nativeSetPriority(newPriority);1096 \}1097 \}1098 \}1099 \}

nativeSetPriority()中直接调用了Thread::SetNativePriority()。

art/runtime/thread\_android.cc // 优先级的级别数组，并不是连续的，还是基于Android定义的优先级36static const int kNiceValues\[10\] = \{37 ANDROID\_PRIORITY\_LOWEST, // 1 (MIN\_PRIORITY)38 ANDROID\_PRIORITY\_BACKGROUND + 6,39 ANDROID\_PRIORITY\_BACKGROUND + 3,40 ANDROID\_PRIORITY\_BACKGROUND,41 ANDROID\_PRIORITY\_NORMAL, // 5 (NORM\_PRIORITY)42 ANDROID\_PRIORITY\_NORMAL - 2,43 ANDROID\_PRIORITY\_NORMAL - 4,44 ANDROID\_PRIORITY\_URGENT\_DISPLAY + 3,45 ANDROID\_PRIORITY\_URGENT\_DISPLAY + 2,46 ANDROID\_PRIORITY\_URGENT\_DISPLAY // 10 (MAX\_PRIORITY)47\};4849void Thread::SetNativePriority(int newPriority) \{50 if (newPriority < 1 || newPriority > 10) \{51 LOG(WARNING) << "bad priority " << newPriority;52 newPriority = 5;53 \}5455 int newNice = kNiceValues\[newPriority-1\];56 pid\_t tid = GetTid(); ...... // 设置线程的调度65 if (newNice >= ANDROID\_PRIORITY\_BACKGROUND) \{66 set\_sched\_policy(tid, SP\_BACKGROUND);67 \} else if (getpriority(PRIO\_PROCESS, tid) >= ANDROID\_PRIORITY\_BACKGROUND) \{68 set\_sched\_policy(tid, SP\_FOREGROUND);69 \}70 // 设置线程的优先级71 if (setpriority(PRIO\_PROCESS, tid, newNice) != 0) \{72 PLOG(INFO) << \*this << " setPriority(PRIO\_PROCESS, " << tid << ", " << newNice << ") failed";73 \}74\}

Thread.setPriority()的实现最终与Process.setThreadPriority()的实现类似，但是级别的定义略有不同。Thread.setPriority()可以设置10个级别，转换成Linux的nice级别为，

static const int kNiceValues\[10\] = \{ 19, 16, 13, 10, 0, -2, -4, -5, -6, -8\};优先级管理的关键点

根据上述对实时进程和普通进程的分析，我们可以总结出Android系统中对优先级管理的关键点。

Android系统中存在两种调度策略分别用于实时进程和普通进程：SCHED\_FIFO和SCHED\_OTHER。

实时进程只是Android系统中非常小的一部分，用于与硬件设备相关的数据传输进程。

普通进程有两种优先级调整接口：android.os.Process.setThreadPriority()和java.lang.Thread.setPriority()。二者的级别定义不同，framework中主要使用setThreadPriority()。

Android应用的默认优先级是THREAD\_PRIORITY\_DEFAULT，对应Linux内核中的值为120。

Android系统并不希望应用开发随意调整优先级，但并没有在代码中做限制。其目的是希望应用进程不要影响系统的运行。

Android中的优先级别划分似乎主要为framework使用，服务线程创建时可以根据级别设置优先级，而应用启动时都是默认优先级。

Android系统可能根据需要动态调整优先级，例如应用启动时将前台应用的UI线程和Render线程调整到-10。

如果没有充分的考虑，不要调整优先级，否则可能干扰系统运行。

线程Group

Android系统中除了使用优先级来影响进程调度外，还使用的Linux的Cgroup机制来影响线程对cpu资源的使用。先看一下Android在Process中定义的Group类别。

frameworks/base/core/java/android/os/Process.java // 默认Group，仅仅可以在setProcessGroup()中使用，不能用于setThreadGroup()。 // 设置时，小于优先级THREAD\_PRIORITY\_BACKGROUND的线程被移动到前台线程Group，其他线程不变。369 public static final int THREAD\_GROUP\_DEFAULT = -1; // 后台线程Group，该Group中线程拥有限制的CPU资源378 public static final int THREAD\_GROUP\_BG\_NONINTERACTIVE = 0; // 前台线程Group，该Group中线程拥有正常的CPU资源387 private static final int THREAD\_GROUP\_FOREGROUND = 1; // 系统线程Group393 public static final int THREAD\_GROUP\_SYSTEM = 2; // 应用音频线程Group399 public static final int THREAD\_GROUP\_AUDIO\_APP = 3; // 系统音频线程Group405 public static final int THREAD\_GROUP\_AUDIO\_SYS = 4; // 前台顶层线程Group411 public static final int THREAD\_GROUP\_TOP\_APP = 5; // RT应用线程Group417 public static final int THREAD\_GROUP\_RT\_APP = 6; // 绑定到前台服务的线程Group，关屏时应该限制CPU424 public static final int THREAD\_GROUP\_RESTRICTED = 7;

虽然Android在framework中定义了许多Group的级别，但在底层设置Cgroup时并没有完全按照这些级别来建立cgroups。Android在底层使用了Cgroup的cpuset和schedtune子系统，根据Group级别进行设置。Cgroup的文件定义以及Group级别对应如下。

fg\_cpuset\_fd --- "/dev/cpuset/foreground/tasks"bg\_cpuset\_fd --- "/dev/cpuset/background/tasks"system\_bg\_cpuset\_fd --- "/dev/cpuset/system-background/tasks"ta\_cpuset\_fd --- "/dev/cpuset/top-app/tasks"rs\_cpuset\_fd --- "/dev/cpuset/restricted/tasks"ta\_schedboost\_fd --- "/dev/stune/top-app/tasks"fg\_schedboost\_fd --- "/dev/stune/foreground/tasks"bg\_schedboost\_fd --- "/dev/stune/background/tasks"rt\_schedboost\_fd --- "/dev/stune/rt/tasks"Groupcpusetschedtune

SP\_BACKGROUNDbg\_cpuset\_fdbg\_schedboost\_fd

SP\_FOREGROUND

SP\_AUDIO\_APP

SP\_AUDIO\_SYSfg\_cpuset\_fdfg\_schedboost\_fd

SP\_TOP\_APPta\_cpuset\_fdta\_schedboost\_fd

SP\_SYSTEMsystem\_bg\_cpuset\_fdN/A

SP\_RESTRICTEDrs\_cpuset\_fdN/A

SP\_RT\_APPN/Art\_schedboost\_fd

Schedtune设置

schedtune子系统是ARM/Linaro为了EAS新增的一个子系统，主要用来控制进程调度选择CPU以及boost触发。通过权重来分配CPU负载能力来实现快速运行，高权重意味着会享受到更好的cpu负载来处理对应的任务。Android从7.1开始，放弃使用cpu子系统来分配CPU资源，改为使用schedtune子系统。Android的schedtune包含4个cgroups：foreground，background，top-app，rt。其参数可以在device的init.rc中设置，例如Nexus Marlin手机上的设置如下。

device/google/marlin/init.common.rc83 \# set default schedTune value for foreground/top-app (only affects EAS)84 write /dev/stune/foreground/schedtune.prefer\_idle 185 write /dev/stune/top-app/schedtune.boost 1086 write /dev/stune/top-app/schedtune.prefer\_idle 187 write /dev/stune/rt/schedtune.boost 3088 write /dev/stune/rt/schedtune.prefer\_idle 1

调整线程schedtune分组的入口有，

在调整线程优先级时，底层会同时使用set\_sched\_policy()修改。

通过setThreadGroup()和setThreadGroupAndCpuset()，更改单个线程的分组。

通过setProcessGroup()，该接口会改变整个进程中所有线程的分组。例如在调整OomAdj时，会整体迁移进程的分组。

native层直接调用set\_sched\_policy()来修改。

修改Group的上层接口可能不同，但最终都会使用native层的set\_sched\_policy()来修改。

system/core/libcutils/sched\_policy.cpp362int set\_sched\_policy(int tid, SchedPolicy policy)363\{364 if (tid == 0) \{365 tid = gettid();366 \}367 policy = \_policy(policy);368 pthread\_once(&the\_once, \_\_initialize); ......414 if (schedboost\_enabled()) \{415 int boost\_fd = -1; // 根据Group获取schedtune的FD416 switch (policy) \{417 case SP\_BACKGROUND:418 boost\_fd = bg\_schedboost\_fd;419 break;420 case SP\_FOREGROUND:421 case SP\_AUDIO\_APP:422 case SP\_AUDIO\_SYS:423 boost\_fd = fg\_schedboost\_fd;424 break;425 case SP\_TOP\_APP:426 boost\_fd = ta\_schedboost\_fd;427 break;428 case SP\_RT\_APP:429 boost\_fd = rt\_schedboost\_fd;430 break;431 default:432 boost\_fd = -1;433 break;434 \}435 // 将线程tid加入到schedtune分组436 if (boost\_fd > 0 && add\_tid\_to\_cgroup(tid, boost\_fd) != 0) \{437 if (errno != ESRCH && errno != ENOENT)438 return -errno;439 \}440441 \}442 // 设置线程的timerslack\_ns，后台进程为40ms，其他为50us443 set\_timerslack\_ns(tid, policy == SP\_BACKGROUND ? TIMER\_SLACK\_BG : TIMER\_SLACK\_FG);444445 return 0;446\}Cpuset设置

cpuset子系统用来将进程绑定到指定的CPU和内存节点上。Android中cpuset包含5个cgroups：foreground，background，system-background，restricted，top-app。同样看一下Nexus Marlin上的设置，

device/google/marlin/init.common.rc799 \# update cpusets now that boot is complete and we want better load balancing800 write /dev/cpuset/top-app/cpus 0-3801 write /dev/cpuset/foreground/cpus 0-2802 write /dev/cpuset/background/cpus 0803 write /dev/cpuset/system-background/cpus 0-2804 write /dev/cpuset/restricted/cpus 0-1

[源码][Link 2]上看，Android只有在AMS启动或其他Service启动时将一些线程设置到相应分组上，之后并没有动态调整分组。接口上有java层的setThreadGroupAndCpuset和native层的set\_cpuset\_policy()。最终的而实现还是set\_cpuset\_policy()。

system/core/libcutils/sched\_policy.cpp281int set\_cpuset\_policy(int tid, SchedPolicy policy)282\{ // 如果不支持cpuset，设置sched283 // in the absence of cpusets, use the old sched policy284 if (!cpusets\_enabled()) \{285 return set\_sched\_policy(tid, policy);286 \}287288 if (tid == 0) \{289 tid = gettid();290 \}291 policy = \_policy(policy);292 pthread\_once(&the\_once, \_\_initialize);293294 int fd = -1;295 int boost\_fd = -1; // 获取cpuset和schedtune的FD296 switch (policy) \{297 case SP\_BACKGROUND:298 fd = bg\_cpuset\_fd;299 boost\_fd = bg\_schedboost\_fd;300 break;301 case SP\_FOREGROUND:302 case SP\_AUDIO\_APP:303 case SP\_AUDIO\_SYS:304 fd = fg\_cpuset\_fd;305 boost\_fd = fg\_schedboost\_fd;306 break;307 case SP\_TOP\_APP :308 fd = ta\_cpuset\_fd;309 boost\_fd = ta\_schedboost\_fd;310 break;311 case SP\_SYSTEM:312 fd = system\_bg\_cpuset\_fd;313 break;314 case SP\_RESTRICTED:315 fd = rs\_cpuset\_fd;316 break;317 default:318 boost\_fd = fd = -1;319 break;320 \}321 // 增加线程tid到cpuset分组322 if (add\_tid\_to\_cgroup(tid, fd) != 0) \{323 if (errno != ESRCH && errno != ENOENT)324 return -errno;325 \}326 // 增加线程tid到schedtune分组327 if (schedboost\_enabled()) \{328 if (boost\_fd > 0 && add\_tid\_to\_cgroup(tid, boost\_fd) != 0) \{329 if (errno != ESRCH && errno != ENOENT)330 return -errno;331 \}332 \}333334 return 0;335\}

来源：[微点阅读][Link 3] [https://www.weidianyuedu.com][Link 3]

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