Linux内核CFS调度算法详解

"Linux内核之CFS调度和组调度，主要探讨了Linux内核中针对普通进程的CFS（Completely Fair Scheduler）调度算法，包括其公平性原则、虚拟运行时间（vruntime）机制以及nice值与优先级的关系。" 在Linux操作系统中，内核提供了三种调度策略：SCHED_FIFO（先进先出）、SCHED_RR（轮转）和SCHED_NORMAL（正常）。实时进程通常使用SCHED_FIFO或SCHED_RR策略，而普通进程则采用SCHED_NORMAL策略，这也是CFS调度器主要关注的部分。 CFS调度器从Realtime Scalability (RSDL/SD)中借鉴了公平调度的概念，它不再考虑进程的睡眠时间或交互性，而是将所有进程视为同等重要，确保每个进程都能获得公平的CPU执行时间。在CFS中，虽然进程的数据结构中仍有动态优先级成员prio，但内核不再自动调整这些优先级。 CFS调度的核心是虚拟运行时间（vruntime）的概念。每个进程在执行时，它的vruntime会随着时间的推移而增加，但是增加的速度取决于进程的nice值。nice值范围为-20到19，对应的优先级范围为100到139。nice值越低，进程的优先级越高，获得的CPU时间片越多。例如，一个nice值为0的进程运行10ms，其vruntime增加1vms，而nice值为19的进程在同一时间内，vruntime会增加1000vms。 通过比较不同进程的vruntime，内核可以选择当前运行时间最短的进程来执行，以实现公平性。这是因为较短的vruntime意味着进程相对较少地使用CPU，因此应该优先得到执行机会。这个过程是动态的，随着所有进程的运行，内核会不断调整，使得所有进程的运行时间尽可能接近，从而达到公平分配资源的目的。 为了确定进程运行一定时间后应增加多少vruntime，CFS使用了一个权重系统，与进程的nice值相关。每个nice值都有一个相应的权重，权重决定了vruntime的增加速率。这种设计允许内核根据进程的优先级和用户需求动态调整资源分配。 Linux内核的CFS调度器通过虚拟运行时间和优先级权重实现了对普通进程的公平调度，它摒弃了旧有的睡眠时间跟踪和交互性区分，以更平等的方式处理系统中的每一个任务，确保所有进程都能得到合理的时间片，从而提高整体系统的效率和响应性。