Linux内核CFS进程调度：优先级计算与动态调整

在Linux内核源代码中，进程的调度是核心部分，它决定了哪个进程将在何时获得CPU资源。本文由陈香兰教授撰写，主要讲解了CFS（Completely Fair Scheduler，完全公平调度器）中进程的优先级机制。CFS是一个分时调度器，兼顾了实时性和公平性，适用于多任务操作系统。 CFS进程的优先级分为几个关键概念： 1. **prio**：这是当前有效优先级，每个进程在运行时都有一个动态优先级，反映了其调度权重。 2. **static_prio**：这是根据进程的nice值设置的优先级，nice值是一个整数，范围从-20（高优先级）到19（低优先级），负值表示该进程在CPU空闲时优先运行。 3. **normal_prio**：代表常规优先级，通常用来区分交互式和批处理任务，交互式进程由于需要快速响应用户，享有较高的normal_prio。 进程在Linux中被划分为三种类型： - **I/O-bound**：这类进程专注于I/O操作，由于大部分时间在等待I/O，所以它们的CPU使用率较低，但需要合理的调度策略来避免CPU空转。 - **CPU-bound**：这些是计算密集型任务，需要大量CPU时间，调度时需确保有足够的资源供其运行。 - **交互式进程**：包括shell、文本编辑器等，对响应时间和延迟有严格要求，Linux通过调整优先级来优化用户体验。 - **批处理进程**：后台运行，不需立即响应，适合编译程序或科学计算等任务。 - **实时进程**：具有严格的定时需求，如视频/音频处理或机械控制，不允许被低优先级进程阻塞。 在Linux中，CFS采用一种混合策略，结合了分时技术和优先级。进程按照优先级排队，调度算法根据进程行为动态调整优先级。长时间未得到CPU的进程，其优先级可能提升；而占用CPU过久的进程则可能会降低优先级，实现相对公平的资源分配。 与调度相关的系统调用包括`nice`用于改变进程优先级，`getpriority`和`setpriority`用于获取和设置进程优先级，以及`sched_getscheduler`和`sched_setscheduler`用于查询和设置进程调度策略。理解这些接口对于深入理解Linux内核源代码和进行性能优化至关重要。学习Linux内核调度，不仅需要掌握理论，还要关注实际源代码实现，才能全面理解其工作机制。