Linux CFS调度器：CPU带宽控制解析

本文主要探讨了Linux操作系统的 Completely Fair Scheduler (CFS) 中的带宽控制机制，专注于SCHED_NORMAL进程的CPU带宽控制。带宽控制允许系统管理员限制特定用户组在给定周期内可使用的CPU时间，以实现资源的公平分配或满足特定服务等级协议。 设计原理与实现： 在Linux内核中，启用CPU带宽控制需要配置`CONFIG_FAIR_GROUP_SCHED`和`CONFIG_CFS_BANDWIDTH`选项。带宽控制通过设置两个关键参数来实现：`quota`和`period`。`period`定义了一个时间周期，而`quota`则是在这个周期内一个用户组可以使用的CPU时间上限。一旦用户组的进程运行时间超出`quota`，它们将被限制调度，即“throttle”。在新的`period`开始时，用户组会自动解除限制，称为“unthrottle”。 多核系统中，用户组由`task_group`结构体表示，其中包含了与CPU数量相对应的调度实体（group_cfs_rq）。为了限制用户组内的进程，可以将这些调度实体从就绪队列中移除，并设置相应的标志位。`cfs_bandwidth`结构体存储了`quota`、`period`以及`runtime`，用于追踪剩余可运行时间。每个用户组进程运行时，其`runtime`会递减。系统会设置一个高精度定时器，以`period`为周期，当定时器触发时，`runtime`会重置为`quota`，开始新的计时期。 在多核环境里，每个核心上的调度实体都有自己的`cfs_bandwidth`，所有用户组进程的运行时间被汇总，确保总CPU时间不会超过设定的限额，从而实现对整个系统资源的控制。这种机制对于云服务提供商或者需要严格控制资源分配的环境特别有用，因为它能够确保公平性和服务质量。 在实际操作中，系统管理员可以通过控制`/sys/fs/cgroup/cpu`目录下的相关文件来调整这些参数，例如`cpu.cfs_period_us`和`cpu.cfs_quota_us`，以此来限制特定用户组或进程的CPU使用率。 总结： 带宽控制是Linux CFS调度器中的一个重要特性，它允许系统管理员对特定用户组或进程的CPU使用进行限制，确保资源分配的公平性和服务质量。通过调整`quota`和`period`，系统可以实现对不同进程的精细控制，特别是在需要严格资源隔离和服务等级协议的场景下。这一机制的实现依赖于内核中的定时器和调度实体的管理，通过实时追踪和调整进程的运行时间来实现带宽限制。