linux CFS：完全公平调度器与非定长cpu时间片

当前 Linux 内核（5.x 及以上版本）默认的进程调度器是 **CFS（Completely Fair Scheduler，完全公平调度器）**，而非传统的 **Round Robin（RR，轮询调度）**。 --- ### **1. CFS：完全公平调度器** #### **(1) 基本设计** - **目标**：通过动态计算进程的**虚拟运行时间（vruntime）**，实现所有任务对 CPU 时间的公平分配。 - **核心机制**： - **红黑树排序**：所有可运行进程按`vruntime`排序，选择`vruntime`最小的进程执行。 - **时间片动态调整**：优先级高的任务实际获得更多 CPU 时间，但通过`vruntime`的权重计算，保证全局公平性。 - **无固定时间片**：与传统 RR 的固定时间片不同，CFS 的时间片长度由进程权重和系统负载动态决定。 #### **(2) 优势** - **公平性**：所有任务（无论优先级）按比例共享 CPU，避免饥饿问题。 - **低延迟**：适合交互式任务（如 GUI 应用），响应时间更短。 - **动态适应**：自动适配多核、多任务场景，优化吞吐量和延迟。 --- ### **2. Round Robin（RR）的角色** #### **(1) RR 的定位** - **实时调度策略**：RR 属于 Linux 的**实时调度策略**之一（`SCHED_RR`），需显式配置，**并非默认调度器**。 - **使用场景**：适用于需要严格时间保障的实时任务（如音视频处理、工业控制）。 - **规则**： - 相同优先级的任务按固定时间片轮转执行。 - 可被更高优先级的实时任务（`SCHED_FIFO`）抢占。 #### **(2) 与 CFS 的区别** | **特性** | CFS（默认） | Round Robin（SCHED_RR） | |----------------|--------------------------------|----------------------------------| | **目标** | 公平性 + 吞吐量 | 实时性 + 确定性 | | **时间片** | 动态调整 | 固定时间片 | | **适用任务** | 普通进程（非实时） | 实时进程（需显式配置） | | **调度策略** | `SCHED_NORMAL`（默认） | `SCHED_RR`（需手动设置） | --- ### **3. 为什么 Linux 选择 CFS 而非 RR？** #### **(1) 历史背景** - **O(1) 调度器**：2003 年前，Linux 使用基于优先级和时间片轮转的 O(1) 调度器，但其公平性和交互性较差。 - **CFS 的引入**：2007 年（内核 2.6.23），CFS 取代 O(1)，成为默认调度器，解决了公平性和延迟问题。 #### **(2) 技术原因** - **公平性需求**：服务器和桌面环境需同时处理交互任务和后台任务，RR 的固定时间片无法灵活适配。 - **多核扩展性**：CFS 的红黑树结构和权重机制更适应多核 CPU 的负载均衡。 - **混合负载优化**：CFS 能自动平衡 CPU 密集型（长任务）和 I/O 密集型（短任务）的调度需求。 --- ### **4. 如何查看当前调度策略？** #### **(1) 查看进程调度策略** ```bash chrt -p <PID> ``` - 输出示例： ```plaintext pid 1234 的当前调度策略：SCHED_OTHER（即 CFS） pid 5678 的当前调度策略：SCHED_RR ``` #### **(2) 修改调度策略** - **设置为 RR**（需 root 权限）： ```bash chrt -r -p <优先级> <PID> ``` --- ### **5. 总结** - **默认调度器**：Linux 普通进程默认使用 **CFS**，目标是公平性和高吞吐量。 - **Round Robin（RR）**：属于实时调度策略（`SCHED_RR`），需手动配置，适用于实时性要求高的任务。 - **选择依据**： - 普通任务无需干预，CFS 自动优化。 - 实时任务（如嵌入式系统）可配置为 `SCHED_RR` 或 `SCHED_FIFO`。 --- 通过 CFS，Linux 在绝大多数场景下实现了高效、公平的 CPU 资源分配，成为现代操作系统的核心优势之一。