Linux进程之调度器

1. Linux调度器的原理

Linux调度器（Linux Scheduler）负责管理这一进程在CPU上运行时的资源分配。它根据选定策略和所估算的进程行为，考量各种因素的权重，对等待在运行队列的进程按优先级排列，从而决定哪个进程能够接下来获得CPU时间。

Linux的调度器可以使用不同的调度策略，有两个主要的类型是：抢占式（preemptive）和非抢占式（non-preemptive）。

抢占式调度器：允许正在运行的进程在它完成任务之前被中断，从而使其他进程有机会使用CPU资源。这常用于希望响应实时交互的环境，例如桌面系统或游戏。
非抢占式调度器：一旦进程占有CPU，它将保持运行状态，直至它结束本次CPU周期，除非它被阻塞等待一个事件（如I/O操作）。这种策略常运用于批处理环境，如数据分析或科学计算。

自从 Linux 2.6.23 版本引入以来，Linux 默认使用的是完全公平调度器（CFS，Completely Fair Scheduler）。基于虚拟运行时间，CFS适应抢占式任务调度，试图为每一个运行的任务平等分配CPU时间。

CFS主要通过以下两种方式确保公平性：

CFS使用"红黑树"（Red-Black Tree）数据结构保存待运行的任务，该数据结构能够在O(log n)时间复杂度内插入、删除和查找元素。每个进程都分配有一个虚拟运行时间，表示其获得的CPU时间。CFS调度器总是选取虚拟运行时间最小的任务来执行。
跟踪每个任务的虚拟运行时间改变，使之与"运行时间"保持一致，其中，运行时间是任务在过去一段时间内占CPU的实际时间。虚拟运行时间以不同速率增长，取决于任务优先级。优先级较高（nice值小）的任务将看到他们的虚拟运行时间以较快的速率增长。

虽然有许多其他因素（如处理器亲和性、实时优先级等）会影响具体的调度决策，但CFS的基本原则是确保所有进程都能得到公平的CPU时间分配。

2. Linux中有哪些调度器类，各自调度策略是什么

在 Linux 中，有几种主要的调度器类，他们分别为不同类型的任务提供了不同的调度策略：

完全公平调度器（Completely Fair Scheduler，CFS）：CFS 是用于普通进程的默认调度器。它使用一种称为公平队列（Fair Queuing）的算法，以保证所有进程能得到公平的 CPU 时间。CFS 被 SCHED_NORMAL 和 SCHED_BATCH 策略使用。
实时调度器（Real-time Scheduler）：Linux 内核支持两种实时调度策略：SCHED_FIFO 和 SCHED_RR。实时调度器确保实时任务得到及时的调度，优先级靠前的任务总是先于优先级靠后的任务运行。
Deadline 调度器（SCHED_DEADLINE）：这是 Linux 中较新的调度器，它为任务提供了更强的实时性保证。每个任务都需要指定它的运行周期和运行时间，调度器会确保在每个运行周期内，任务都能在指定的运行时间内完成。
空闲调度器（Idle Task Scheduler，SCHED_IDLE）：用于非常低优先级的任务，只在系统闲置，无其他任务执行时，才会运行这类任务。

根据具体的应用需求和场景，开发者可以选择最适合的调度策略，以满足他们的性能和响应时间需求。例如，实时任务，比如音频处理或者医疗设备通常会使用实时调度策略；而 CPU 密集型的后台任务则可能会选择 SCHED_BATCH 策略。

Linux 系统中的各个调度器类的执行优先级主要取决于它们所使用的策略类型。在大多数情况下，实时进程具有最高的优先级，然后是常规进程，最后是空闲进程。

以下是具体的优先级分类：

实时调度策略（SCHED_FIFO， SCHED_RR 和 SCHED_DEADLINE） 的任务具有最高优先级。这是因为这些任务通常是时间敏感的，并且需要预测性的响应时间。如果系统中有实时任务在等待运行，那么它们将优先于其他所有类型的任务执行。
常规调度策略 (SCHED_NORMAL 和 SCHED_BATCH） 的任务优先级次于实时任务。这些任务使用完全公平调度器（CFS），它为每个任务分配公平和均匀的 CPU 时间，但会在有实时任务时让出 CPU。
SCHED_IDLE（Idle Task Scheduler） 策略任务的优先级最低，只在没有其他任务时才会运行。