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现代处理器的调度策略，调度优先级，亲和性是什么意思？

news 来源：原创 2025/6/18 3:50:29

在现代多处理器系统中，使用 POSIX RTOS（实时操作系统）的调度器通常会涉及三个关键维度：调度策略 、调度优先级 和 亲和性 。以下是对这三个维度的具体解释：

1. 调度策略 (Scheduling Policy)

调度策略决定了任务如何被分配到 CPU 时间片，以及如何处理任务之间的竞争关系。常见的调度策略包括：

SCHED_FIFO (First In, First Out)
- 实时调度策略，适用于高优先级任务。
- 任务一旦获得 CPU 资源，就会一直运行，直到它主动释放 CPU 或被更高优先级的任务抢占。
- 适合需要快速响应且运行时间较短的任务。
SCHED_RR (Round Robin)
- 类似于 SCHED_FIFO，但引入了时间片的概念。
- 每个任务在一个固定的时间片内运行，时间片结束后，任务会被放回队列末尾，等待下一次调度。
- 适合需要公平分配 CPU 时间的任务。
SCHED_OTHER (Default Linux Time-Sharing)
- 非实时调度策略，基于动态优先级（nice 值）进行调度。
- 适合普通用户任务，允许系统根据负载动态调整任务的优先级。
SCHED_DEADLINE
- 基于截止时间的调度策略，确保任务在指定的时间内完成。
- 每个任务都有一个周期、执行时间和截止时间，调度器会保证任务在截止时间前完成。

调度策略的选择直接影响系统的实时性和公平性，不同的应用场景需要选择合适的策略。

调度优先级用于决定任务在调度队列中的顺序。任务的优先级越高，越有可能被调度器选中执行。优先级通常分为两类：

静态优先级
- 优先级在任务创建时设定，运行期间不会改变。
- 例如，SCHED_FIFO 和 SCHED_RR 使用静态优先级，范围通常为 1（最低）到 99（最高）。
动态优先级
- 优先级会根据任务的行为或系统负载动态调整。
- 例如，SCHED_OTHER 使用动态优先级，由操作系统的调度器根据任务的 I/O 等待时间、CPU 占用率等因素自动调整。

调度优先级的设计目标是确保高优先级任务能够及时得到 CPU 资源，同时避免低优先级任务长期得不到执行（优先级反转问题）。

亲和性（也称为 CPU 亲和性或任务绑定）是指将任务绑定到特定的 CPU 核心上运行。这可以通过设置任务的 CPU 亲和性掩码来实现。亲和性的作用包括：

减少缓存失效
- 当任务始终运行在同一个 CPU 核心上时，可以充分利用该核心的缓存（如 L1/L2 缓存），减少因任务切换导致的缓存失效开销。
优化 NUMA 架构性能
- 在非统一内存访问（NUMA）架构中，不同 CPU 核心访问本地内存的速度比访问远程内存快。通过将任务绑定到特定核心，可以减少跨节点内存访问的延迟。
负载均衡与隔离
- 通过手动设置亲和性，可以避免某些核心过载，同时为关键任务预留专用资源。
- 例如，将实时任务绑定到特定核心，避免被其他低优先级任务干扰。

亲和性的设置可以通过 POSIX 接口（如 pthread_setaffinity_np）或系统调用（如 sched_setaffinity）实现。