Linux 中进程的 nice 值对程序的占用的影响测试

1. Linux 进程中的 nice 值

nice 值通过调整进程的优先级，间接控制 CPU 时间片的分配权重，从而实现对进程调度行为的精细控制。它是 Linux 系统中平衡实时任务与后台任务资源占用的核心工具之一。

优先级调整

核心机制：nice 值（范围 -20 到 19）直接控制进程的调度优先级。

低 nice 值（如 -20）：表示高优先级，进程更容易被调度器选中，获得更多 CPU 时间片。

高 nice 值（如 19）：表示低优先级，进程被调度的频率降低，CPU 时间片分配减少。

记忆：一个进程的 nice 值越高，说明对别的进程越 nice，别的进程运行得越好越快。

2. 代码

设计说明

独立程序：高优先级和低优先级程序完全分离，便于独立运行和调试。
CPU 绑定：两个程序均绑定到 CPU 0，消除多核干扰。
时间片观测：每秒打印计数器增量，反映时间片分配比例。

a. high_nice.cc

cpp 复制代码

#include <iostream>
#include <unistd.h>
#include <sys/resource.h>
#include <sched.h>
#include <atomic>
#include <thread>

// 绑定到指定 CPU 核
void bind_cpu(int cpu_id) {
    cpu_set_t mask;
    CPU_ZERO(&mask);
    CPU_SET(cpu_id, &mask);
    if (sched_setaffinity(0, sizeof(mask), &mask) < 0) {
        perror("sched_setaffinity");
        exit(1);
    }
}

// 设置进程的 nice 值
void set_nice(int niceness) {
    if (setpriority(PRIO_PROCESS, 0, niceness) < 0) {
        perror("setpriority");
        exit(1);
    }
}

std::atomic<long> counter(0);  // 全局计数器

void worker() {
    while (true) {
        counter++;  // 高速递增计数器
    }
}

void reporter() {
    long last = 0;
    while (true) {
        std::this_thread::sleep_for(std::chrono::seconds(1));
        long current = counter.load();
        std::cout << "[HIGH] Increment: " << current - last << std::endl;
        last = current;
    }
}

int main() {
    bind_cpu(0);         // 绑定到 CPU 0
    set_nice(-5);       // 设置最高优先级（需 root 权限）
    std::thread t1(worker);
    std::thread t2(reporter);
    t1.join();
    t2.join();
    return 0;
}

b. low_nice.cc

cpp 复制代码

#include <iostream>
#include <unistd.h>
#include <sys/resource.h>
#include <sched.h>
#include <atomic>
#include <thread>

// 绑定到指定 CPU 核
void bind_cpu(int cpu_id) {
    cpu_set_t mask;
    CPU_ZERO(&mask);
    CPU_SET(cpu_id, &mask);
    if (sched_setaffinity(0, sizeof(mask), &mask) < 0) {
        perror("sched_setaffinity");
        exit(1);
    }
}

// 设置进程的 nice 值
void set_nice(int niceness) {
    if (setpriority(PRIO_PROCESS, 0, niceness) < 0) {
        perror("setpriority");
        exit(1);
    }
}

std::atomic<long> counter(0);  // 全局计数器

void worker() {
    while (true) {
        counter++;  // 高速递增计数器
    }
}

void reporter() {
    long last = 0;
    while (true) {
        std::this_thread::sleep_for(std::chrono::seconds(1));
        long current = counter.load();
        std::cout << "[LOW]  Increment: " << current - last << std::endl;
        last = current;
    }
}

int main() {
    bind_cpu(0);         // 绑定到 CPU 0
    set_nice(10);        // 设置最低优先级
    std::thread t1(worker);
    std::thread t2(reporter);
    t1.join();
    t2.join();
    return 0;
}

c. Makefile

bash 复制代码

CPP = g++
CFLAGS = -std=c++11 -pthread -O2
TARGETS = high_nice low_nice

all: $(TARGETS)

high_nice: high_nice.cc
	$(CPP) $(CFLAGS) $< -o $@

low_nice: low_nice.cc
	$(CPP) $(CFLAGS) $< -o $@

clean:
	rm -f $(TARGETS)

运行：

bash 复制代码

make

# bash1
sudo ./high_nice

# bash2
sudo ./low_nice

3. 结果测试

nice 值为 -5 的占据 CPU 的 96%， nice 值为10 的占据 CPU 的3.7%。