深入解析Linux的完全公平调度器CFS

"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。