深入解析Linux的完全公平调度器CFS
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更新于2024-08-05
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"CFS代码分析1 - 完全公平调度器"
CFS(Completely Fair Scheduler,完全公平调度器)是Linux内核自2.6.23版本以来的默认调度器,它旨在通过模拟理想的多任务处理器环境,最大化整体CPU利用率并优化交互式任务的性能。CFS摒弃了传统的固定时间片分配方式,转而根据进程的优先级(通过vruntime表示)动态分配时间片。vruntime是进程实际运行时间的虚拟表示,CFS通过选取vruntime最小的进程来确保公平性。
CFS的核心数据结构是红黑树,用于存储就绪态进程。这种数据结构允许O(log n)的插入、删除和查找操作,保证了高效性。每个进程的结构体(struct task_struct)包含一个vruntime字段,表示该进程的虚拟运行时间。
在Linux内核中,调度器被抽象为struct sched_class,提供了五个不同的调度器类:
1. stop_sched_class:最高优先级,用于停止任务。
2. dl_sched_class:截止时间调度,用于硬实时任务。
3. rt_sched_class:实时调度,服务于实时优先级的任务。
4. cfs_sched_class:完全公平调度,我们的分析重点,负责SCHED_NORMAL、SCHED_BATCH和SCHED_IDLE策略的进程。
5. idle_sched_class:空闲调度,当系统无任务可运行时启用。
Linux内核支持多种调度策略供用户选择:
1. SCHED_NORMAL:适用于大多数交互式和日常任务,由CFS调度。
2. SCHED_BATCH:针对不需要频繁交互的批处理任务。
3. SCHED_IDLE:优先级最低,用于后台运行的任务。
4. SCHED_RR:实时轮转调度,每个进程获得一个时间片后让出CPU。
5. SCHED_FIFO:实时先入先出调度,进程一直运行直到完成或被更高优先级的任务抢占。
6. SCHED_DEADLINE:基于最早截止时间的调度策略,适用于硬实时需求。
CFS的主要优势在于其动态时间片分配和公平性。通过对vruntime的管理,CFS能够根据进程的执行时间动态调整时间片长度,从而保证了资源的公平分配。此外,由于CFS对交互性和整体效率的关注,使得它特别适合多用户环境和服务器应用。
在代码分析中,可以深入kernel/sched/fair.c文件,理解CFS如何维护红黑树,如何更新和比较vruntime,以及如何在调度决策中平衡各个因素。同时,了解调度器如何根据当前系统状态(如CPU负载、进程优先级变化等)做出相应调整,将有助于我们全面理解CFS的工作机制。
2021-09-30 上传
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2022-09-21 上传
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