Linux内核设计与实现 - 第4章 进程的调度

4.1 调度器概述

• 核心功能：决定哪个进程获得CPU使用权
• 设计目标：
  • 最大化CPU利用率
  • 提供用户交互响应性
  • 保证公平性
• 调度策略：
  • 实时进程：SCHED_FIFO, SCHED_RR
  • 普通进程：SCHED_NORMAL(CFS)

4.2 调度器演进

版本	调度器类型	主要特点
2.4	O(n)	全局队列，遍历选择
2.6	O(1)	优先级数组，时间片计算
2.6.23+	CFS	完全公平，红黑树实现

4.3 CFS调度器

struct sched_entity {struct load_weight load;  // 进程权重struct rb_node run_node; // 红黑树节点u64 vruntime;            // 虚拟运行时间
};

• 核心机制：

  1. 虚拟时钟(vruntime)计算
  2. 红黑树组织可运行进程
  3. 最小vruntime优先调度

• 权重计算：

  time\_slice = \frac{weight}{total\_weight} \times scheduler\_period
  

4.4 调度相关系统调用

• sched_setscheduler() - 设置调度策略
• sched_yield() - 主动让出CPU
• nice() - 调整普通进程优先级(-20~19)

4.5 实时调度

• 两种策略：

  • SCHED_FIFO：先到先服务，无时间片限制
  • SCHED_RR：轮转调度，有时间片限制

• 优先级范围：1(最低)~99(最高)

4.6 多核负载均衡

• 调度域(Sched Domain)：
  • 核心级域
  • 套接字级域
  • NUMA节点域
• 负载均衡触发：
  • 周期性均衡(tick_balance)
  • 空闲CPU拉取任务

4.7 实验：观察调度行为

# 查看进程调度策略
chrt -p <pid># 实时进程测试
taskset -c 0 chrt -f 99 ./real_time_app