Linux进程调度策略-CFANZ编程社区

1.CFS

在内核 V2.6.23 的发布中，完全公平调度程序（CFS）成为默认的 Linux 调度算法。

Linux 标准内核实现两个调度类：采用 CFS 调度算法的默认调度类和实时调度类。这里分别讨论这些。当然，新调度类也可添加。

CFS 调度程序并不采用严格规则来为一个优先级分配某个长度的时间片，而是为每个任务分配一定比例的 CPU 处理时间。
每个任务分配的具体比例是根据友好值（友好一词源自如下想法：当一个任务增加了它的友好值，如从 0 至 +10，该任务通过降低优先级，进而对其他任务更加友好。）来计算的。
友好值的范围从 -20 到 +19，数值较低的友好值表示较高的相对优先级。具有较低友好值的任务，与具有较高友好值的任务相比，会得到更高比例的处理器处理时间。
默认友好值为 0。

CFS 没有使用离散的时间片，而是采用目标延迟，这是每个可运行任务应当运行一次的时间间隔。

CFS 调度程序没有直接分配优先级。相反，它通过每个任务的变量 vruntime 以便维护虚拟运行时间，进而记录每个任务运行多久。

虚拟运行时间与基于任务优先级的衰减因子有关，更低优先级的任务比更高优先级的任务具有更高衰减速率。
对于正常优先级的任务（友好值为 0），虚拟运行时间与实际物理运行时间是相同的。
因此，如果一个默认优先级的任务运行 200ms，则它的虚拟运行时间也为 200ms。然而，如果一个较低优先级的任务运行 200ms，则它的虚拟运行时间将大于 200ms。同样，如果一个更高优先级的任务运行 200ms，则它的虚拟运行时间将小于 200ms。当决定下步运行哪个任务时，调度程序只需选择具有最小虚拟运行时间的任务。此外，一个更高优先级的任务如成为可运行，就会抢占低优先级任务。

下面分析一下 CFS 调度程序是如何工作的。

因此，I/O 密集型任务的虚拟运行时间最终将会小于 CPU 密集型任务的，从而使得 I/O 密集型任务具有更高的优先级。

这时，如果 CPU 密集型任务在运行，而 I/O 密集型任务变得有资格可以运行（如该任务所等待的 I/O 已成为可用)，那么 I/O 密集型任务就会抢占 CPU 密集型任务。

Linux 也实现了实时调度。采用 SCHED_FIFO 或 SCHED_RR 实时策略来调度的任何任务，与普通（非实时的）任务相比，具有更高的优先级。

Linux 采用两个单独的优先级范围，一个用于实时任务，另一个用于正常任务。

Linux CFS 调度程序釆用高效算法，以便选择运行下个任务。

每个可运行的任务放置在红黑树上（这是一种平衡的、二分搜索树，它的键是基于虚拟运行时间的）。
这种树如下图所示：
当一个任务变成可运行时，它被添加到树上。当一个任务变成不可运行时（例如，当阻塞等待 I/O 时），它从树上被删除。
一般来说，得到较少处理时间的任务（虚拟运行时间较小）会偏向树的左侧；得到较多处理时间的任务会偏向树的右侧。
根据二分搜索树的性质，最左侧的结点有最小的键值；从 CFS 调度程序角度而言，这也是具有最高优先级的任务。
由于红黑树是平衡的，找到最左侧结点会需要 O(lgN) 操作（这里 N 为树内结点总数）。不过，为高效起见，Linux 调度程序将这个值缓存在变量 rb_leftmost 中，从而确定哪个任务运行只需检索缓存的值。