Linux CFS调度算法详解（4.15内核）：公平调度与实时系统

本文档深入探讨了Linux CFS（Completely Fair Scheduler）调度算法在Linux 4.15内核版本中的实现与理解，针对实时计算与通信实验室(Hanyang University)的本科生操作系统课程，于2018年春季发布。CFS算法旨在构建一个理想的多任务系统，确保每个任务获得与其权重相称的CPU时间，以实现资源的公平分配。 CFS的核心理念基于一个简单概念：在保证系统公平性的同时，允许并发任务根据其优先级或需求（即权重）动态调整其CPU时间份额。例如，如果任务1的权重设为3，而任务2的权重为2，CFS将尽力使它们在总CPU时间上达到相对应的比例。 在CFS的实现中，一个重要概念是虚拟运行时间（Virtual Runtime，简称VR）。每个任务被赋予一个预期的运行时间，这是根据其权重分配的。当任务实际运行时，CFS会跟踪并更新每个任务的剩余虚拟运行时间。当任务被中断（preemption），其剩余的虚拟运行时间会被保存，以便稍后继续执行，确保任务之间的公平性和响应性。 CFS调度算法的关键步骤包括： 1. **任务权重计算**：每个任务根据其在系统中的重要性和需求分配一个权重值。 2. **资源分配**：在每个调度周期内，CFS会根据任务的权重和当前剩余运行时间来决定哪个任务获得CPU时间。 3. **公平性保证**：即使是最小权重的任务也能得到一定比例的CPU时间，避免长时间被阻塞在高权重任务之后。 4. **抢占策略**：当新任务到达或者现有任务的优先级改变时，CFS会根据剩余虚拟运行时间进行平滑切换，确保资源的高效利用。 5. **动态调整**：随着任务执行情况的变化，CFS会实时调整每个任务的虚拟运行时间，保持系统的灵活性。 理解Linux CFS调度算法对于开发者、系统管理员以及研究者来说至关重要，因为它影响着系统的性能、稳定性和整体用户体验。通过深入研究CFS，我们可以优化多任务系统的设计，确保关键任务得到及时响应，同时避免资源浪费。在4.15内核版本中，CFS的改进可能还包含了新的特性或优化，使其更加适应现代系统的需求。