Linux 内核队列调度相关内核选项详解
Linux 内核队列调度（Queueing/Scheduling）内核选项详解
Linux 内核中的队列调度器（Queuing Disciplines, Qdisc）是网络数据包处理的核心，负责决定数据包在网络接口上的发送顺序、速率、优先级等。通过配置不同的 Qdisc，可以实现带宽管理、流量整形、延迟控制、优先级保障等功能。下面详细介绍常用 Qdisc 内核选项的功能、原理、使用场景，并配以兼容 CSDN 的 Mermaid 流程图。
1. CBQ - Class-Based Queuing (CONFIG_NET_SCH_CBQ)
- 功能：基于类别的分层队列调度，允许将带宽分配给不同的流或类别，并支持带宽借贷、延迟保证、流量整形等。
- 原理：将流量分为多个 class，按树形结构分层，每个 class 有独立的速率限制、优先级等。调度器根据配置动态分配带宽、进行优先级判断和借贷。
- 使用场景：需要细粒度带宽管理和分层流量控制的场合，如 ISP、企业级 QoS。
2. HTB - Hierarchical Token Bucket (CONFIG_NET_SCH_HTB)
- 功能：分层令牌桶，支持带宽分配、速率限制、优先级调度。
- 原理：每个 class 有主速率（保证带宽）和最大速率（突发带宽），未用带宽可被子 class 借用，实现层级带宽共享。
- 使用场景：企业、数据中心流量管理、保证和限制带宽。
3. HFSC - Hierarchical Fair Service Curve (CONFIG_NET_SCH_HFSC)
- 功能：按服务曲线调度，支持延迟/带宽保证。
- 原理：为每个流量 class 配置服务曲线，实现严格带宽和延迟保证，适用于实时应用。
- 使用场景：VoIP、音视频等对时延敏感的场合。
4. PRIO - Priority Queuing (CONFIG_NET_SCH_PRIO)
- 功能：多级优先级队列，优先级高的队列先发包。
- 原理：包根据优先级分配到不同队列，先检查高优，若有包则先发，没有才轮到低优。
- 使用场景：简单优先级调度，如语音高于普通流量。
5. MULTIQ - Multi-Queue (CONFIG_NET_SCH_MULTIQ)
- 功能：为多队列网卡提供 Qdisc 支持，实现并行处理。
- 原理：每个硬件队列有独立 Qdisc，包按队列编号分配，实现多核并发。
- 使用场景：多队列网卡（如万兆网卡）环境。
6. RED - Random Early Detection (CONFIG_NET_SCH_RED)
- 功能：主动丢包算法，防止队列拥塞，提升 TCP 性能。
- 原理：队列长度超过阈值时，按概率丢包，提前通知发送端减速。
- 使用场景：路由器、交换机防止队尾丢包。
7. SFB - Stochastic Fair Blue (CONFIG_NET_SCH_SFB)
- 功能：公平丢包算法，防止队列被恶意流占满。
- 原理：用哈希桶追踪流活跃度，对活跃流增加丢包概率。
- 使用场景：防止 DoS、P2P 流量挤占带宽。
8. SFQ - Stochastic Fairness Queueing (CONFIG_NET_SCH_SFQ)
- 功能：实现流间公平调度，避免单一流独占带宽。
- 原理：用 hash 将流映射到多个队列，轮询发包。
- 使用场景：家庭、办公环境，防止某一主机/端口独占出口带宽。
9. TEQL - True Link Equalizer (CONFIG_NET_SCH_TEQL)
- 功能：多链路聚合，实现链路捆绑、负载均衡。
- 原理：包轮流在多链路（接口）间分发，实现带宽叠加。
- 使用场景：多拨、多 WAN 口聚合。
10. TBF - Token Bucket Filter (CONFIG_NET_SCH_TBF)
- 功能：令牌桶流控，实现带宽限速和突发流量控制。
- 原理：按速率生成令牌，包需消耗令牌才可发送，突发时消耗桶中积蓄的令牌。
- 使用场景：流量整形、用户带宽限速。
11. CBS - Credit Based Shaper (CONFIG_NET_SCH_CBS)
- 功能：用于 TSN（时间敏感网络），为流量分配带宽，保证实时流量。
- 原理：每个周期根据 credit 计算能否发包，实现带宽和延迟保证。
- 使用场景：工业以太网、音视频流实时传输。
12. ETF - Earliest TxTime First (CONFIG_NET_SCH_ETF)
- 功能：按调度时间戳（TxTime）发送数据包，支持 TSN。
- 原理：只有到达指定时间的包才允许发送，保证定时调度。
- 使用场景：工业自动化，音视频同步传输。
13. TAPRIO - Time-Aware Priority Scheduler (CONFIG_NET_SCH_TAPRIO)
- 功能：基于时间感知的优先级队列调度，TSN 关键技术。
- 原理：通过周期性 Gate Schedule，按时间片严格控制各队列发包窗口。
- 使用场景：工业以太网、汽车以太网、音视频同步。
14. GRED - Generic Random Early Detection (CONFIG_NET_SCH_GRED)
- 功能：多队列 RED，支持多种等级服务（如 DiffServ）。
- 原理：每个队列独立 RED 算法，适配不同服务等级。
- 使用场景：需区分服务等级的路由器。
15. DSMARK - Differentiated Services Marker (CONFIG_NET_SCH_DSMARK)
- 功能：自动标记包的 DiffServ 字段，实现 QoS 分类。
- 原理：按规则修改 IP 包的 TOS 字段。
- 使用场景：企业、运营商级 QoS。
16. NETEM - Network Emulator (CONFIG_NET_SCH_NETEM)
- 功能：网络仿真，能引入延迟、丢包、乱序等。
- 原理：按配置随机/固定方式修改包的时延、丢包概率等。
- 使用场景：测试网络应用在不同网络状况下的表现。
17. DRR - Deficit Round Robin (CONFIG_NET_SCH_DRR)
- 功能：无饥饿的加权轮询，按权重公平调度各队列。
- 原理：每轮分配 deficit，若队列包大小小于 deficit 就允许发，未用 deficit 保留到下轮。
- 使用场景：多流公平带宽分配。
18. MQPRIO - MultiQueue Priority Qdisc (CONFIG_NET_SCH_MQPRIO)
- 功能：多队列优先级调度，适配多队列网卡。
- 原理：将流量按优先级映射到不同硬件队列。
- 使用场景：数据中心、企业级多队列网卡。
19. SKBPRIO - skb Priority Queue (CONFIG_NET_SCH_SKBPRIO)
- 功能：按 skb->priority 字段调度。
- 原理：skb->priority 越小优先级越高。
- 使用场景：自定义协议、内核模块产生的数据包优先级调度。
20. CHOKE - CHOose and Keep for responsive flows, drop Else (CONFIG_NET_SCH_CHOKE)
- 功能：基于 RED 的自适应丢包，防止非响应流滥用。
- 原理：与 RED 类似，但检测到非响应流时会更激进丢包。
- 使用场景：防止 P2P、DoS 占用带宽。
21. QFQ - Quick Fair Queueing (CONFIG_NET_SCH_QFQ)
- 功能：高效、近似精确的公平队列。
- 原理：为每个流分配独立队列，依据权重调度，近似 GPS。
- 使用场景：需要低复杂度高公平的环境。
22. CODEL - Controlled Delay (CONFIG_NET_SCH_CODEL)
- 功能：自适应队列管理，控制延迟，防止 bufferbloat。
- 原理：检测包在队列中延迟，延迟高时丢包，低时放行。
- 使用场景：家庭、企业网关控制延迟。
23. FQ_CODEL - Fair Queue Controlled Delay (CONFIG_NET_SCH_FQ_CODEL)
- 功能：结合 SFQ 和 CODEL，既能公平调度又能控制延迟。
- 原理：为每个流分队列，队内用 CODEL 控制延迟。
- 使用场景：家庭宽带、数据中心。
24. CAKE - Common Applications Kept Enhanced (CONFIG_NET_SCH_CAKE)
- 功能：一体化智能队列管理，自动分类、队列、整形和延迟控制。
- 原理：集成 FQ、CODEL、流识别、整形等多功能于一体。
- 使用场景：家庭、SOHO 网关，易用高效。
25. FQ - Fair Queueing (CONFIG_NET_SCH_FQ)
- 功能：基于流的公平队列，可结合 pacing（速率控制）。
- 原理：每个流独立队列，按公平和速率限制出队。
- 使用场景：TCP pacing，数据中心。
26. HHF - Heavy-Hitter Filter (CONFIG_NET_SCH_HHF)
- 功能：检测并限制大流（heavy-hitter），提升公平性。
- 原理：跟踪流活跃度，活跃流被限制，促进公平。
- 使用场景：防止单一流爆发占用带宽。
27. PIE - Proportional Integral controller Enhanced (CONFIG_NET_SCH_PIE)
- 功能：延迟控制算法，主动丢包，防止 bufferbloat。
- 原理：根据队列延迟动态调整丢包概率。
- 使用场景：宽带网关、运营商设备。
28. PLUG - Simple Packet Plug (CONFIG_NET_SCH_PLUG)
- 功能：简单的“塞车”队列，可暂存包直到被手动释放。
- 原理：所有包暂存，直到明确释放。
- 使用场景：调试、测试、流量捕获。
29. ETS - Enhanced Transmission Selection (CONFIG_NET_SCH_ETS)
- 功能：多队列加权轮询调度，支持严格优先级和带宽分配。
- 原理：部分队列为 Strict Priority，部分为 Weighted Round Robin。
- 使用场景：数据中心、以太网交换机。
30. DEFAULT - Default Qdisc (CONFIG_NET_SCH_DEFAULT)
- 功能：指定默认 Qdisc 类型。
- 原理：内核启动或接口 up 时，自动应用本配置。
- 使用场景：简化部署，指定全局队列管理策略。
结语
Linux 网络队列调度器为各种业务场景提供了丰富的流量管理手段。合理选择和配置 Qdisc 能显著提升网络性能与服务质量。
注：如需进一步配置和调优，推荐阅读
tc工具官方文档与内核源码。