Linux进程调度策略：CFS是如何实现的

Linux内核使用完全公平调度器（CFS）作为其主要的进程调度算法，旨在以公平的方式分配CPU时间给所有进程。CFS通过以下几个关键机制实现其目标：

1. 虚拟运行时间（vruntime）：

   • 每个进程都有一个虚拟运行时间，用于记录该进程已经占用的CPU时间。
   • 虚拟运行时间的增长速度根据进程的nice值（优先级）动态调整，nice值越低（优先级越高），vruntime增长越慢，反之则越快。
   • 这样，无论进程的优先级如何，CFS都能确保所有进程在长期内获得与其权重成比例的CPU时间。

2. 红黑树结构：

   • CFS使用红黑树来维护就绪队列，红黑树是一种自平衡的二叉查找树，按vruntime排序。
   • 最小的虚拟运行时间位于树的根节点，调度器会优先选择根节点中的进程执行。

3. 抢占式调度：

   • Linux内核采用抢占式调度，即使某个进程正在运行，内核也可能中断该进程的执行，将CPU分配给其他更需要执行的进程。
   • 这是通过时钟中断和优先级来实现的。如果一个高优先级的进程进入就绪队列，Linux会抢占当前正在执行的进程，立即将CPU分配给优先级更高的进程。

4. 时间片和优先级：

   • 每个进程都有一个时间片，表示它连续占用CPU的最大时间。时间片用完后，内核会将当前进程放回就绪队列，并调度下一个进程运行。
   • 每个进程还有一个优先级，可以影响进程调度的顺序。高优先级的进程通常会优先执行。
   • Linux使用动态优先级调度策略，优先级可以根据进程的行为动态调整。

5. 进程组支持：

   • CFS支持按进程组分配和管理CPU份额的功能，这种技术在Linux内核中称为控制组（cgroup）。
   • 通过cgroup，调度器能够管理进程组占用的资源，包括CPU资源。

6. 实时调度策略：

   • CFS还支持实时调度策略，如SCHED_FIFO（先进先出）和SCHED_RR（时间片轮转），这些策略适用于对时间敏感的应用。

通过这些机制，CFS确保了所有进程都能公平地访问CPU资源，同时兼顾了系统的响应性和效率。