linux进程调度算法

Linux 操作系统中，进程调度是指决定哪个进程在特定时间点被分配到 CPU 上运行的过程。Linux 采用了多种进程调度算法，主要目标是实现公平、高效的资源分配，同时保证实时性和响应速度。常见的调度算法如下：

1. 完全公平调度器 (CFS)

• 概述：从 Linux 2.6.23 开始，CFS (Completely Fair Scheduler) 成为了默认的调度算法。它的核心思想是实现“完美公平”的调度，每个任务都能获得公平的 CPU 使用时间。
• 关键概念：
  • CFS 使用“虚拟运行时间” (vruntime) 来跟踪每个进程的 CPU 使用时间。CPU 时间少的进程会优先调度。
  • CFS 不使用时间片，而是依赖平衡 vruntime 来调度各个进程。
  • 每个进程都会根据它的优先级被分配一个时间窗 (time slice)，优先级越高的进程，其 vruntime 增长得越慢，因此有更多的机会获得 CPU 时间。
• 适用场景：适合大多数一般用途的系统，追求公平性和性能的平衡。

2. 实时调度器 (RT Scheduler)

• 概述：Linux 内核还提供了实时调度算法，主要针对实时任务，确保特定任务在规定的时间内完成。
• 类型：
  • SCHED_FIFO：实时优先级队列，优先级高的进程优先执行，除非显式让出 CPU，否则不会被抢占。
  • SCHED_RR：基于轮转法的实时调度，与 SCHED_FIFO 类似，但有时间片轮转机制，在时间片结束后会被调度其他相同优先级的任务。
• 适用场景：对响应时间要求高的场景，如嵌入式系统、音视频处理和工业控制系统。

3. 批处理调度器 (SCHED_BATCH)

• 概述：批处理调度器适用于批处理任务，这些任务通常不需要快速的响应时间，如编译任务、数据分析等。
• 特点：批处理调度器不会与交互进程竞争 CPU 时间，因此适合长时间运行的后台任务，确保前台进程有更好的响应。

4. 空闲调度器 (SCHED_IDLE)

• 概述：空闲调度器为最低优先级的进程服务。当系统没有其他可运行的进程时，才会执行 SCHED_IDLE 进程。
• 适用场景：适用于对响应速度没有要求，只有在系统空闲时才运行的进程。

5. 传统调度算法 (O(1) Scheduler)

• 概述：在 CFS 之前，Linux 使用 O(1) 调度器。O(1) 调度器根据每个任务的优先级分配固定的时间片，并通过两条运行队列（活动队列和过期队列）来管理可运行的任务。
• 优点：调度时间复杂度为 O(1)，不受系统中任务数量的影响。
• 缺点：公平性较差，尤其是在高负载情况下，容易发生优先级反转问题。

调度策略

Linux 进程调度还可以分为三种主要策略：

• SCHED_NORMAL：用于普通的非实时进程，是 CFS 的默认调度策略。
• SCHED_FIFO 和 SCHED_RR：用于实时进程，分别是先进先出和轮转调度。
• SCHED_BATCH 和 SCHED_IDLE：用于不敏感于交互延迟的批处理任务或空闲任务。

调度级别和优先级

• 实时优先级：实时任务具有更高的优先级，范围为 0-99。
• 普通优先级：非实时任务的优先级范围为 -20 到 19，越小表示优先级越高。

总结

Linux 进程调度算法涵盖了从普通进程到实时任务的各种场景。CFS 提供了基于公平的进程调度，适合大多数工作负载，而实时调度器则为有严格时限要求的任务提供保障。