linux进程调度如何工作

Linux 的进程调度（Process Scheduling）决定了哪个进程在什么时间、使用哪个 CPU 运行，目标是：

• 公平地分配 CPU 时间
• 保证交互式任务响应快
• 提高系统吞吐量和 CPU 利用率
• 支持实时任务（RT）需求

下面从 整体架构 → 调度类 → 调度策略 → 调度时机 → CFS 原理 → 实时调度 → 多核 逐步说明。

一、Linux 调度整体架构

Linux 调度是**分层 + 调度类（scheduler class）**的设计：

任务
 └─ 调度类（scheduler class）
     ├─ stop_sched_class      （最高优先级，用于 CPU 停止）
     ├─ dl_sched_class        （SCHED_DEADLINE）
     ├─ rt_sched_class        （SCHED_FIFO / SCHED_RR）
     ├─ fair_sched_class      （SCHED_NORMAL / SCHED_BATCH，CFS）
     └─ idle_sched_class      （空闲任务）

调度器按优先级从高到低选择调度类：

高优先级调度类有任务 → 绝不会跑低优先级调度类

二、常见的调度策略（policy）

用户态通过 sched_setscheduler() 设置：

三、调度时机（什么时候发生调度）

1. 主动调度

• 进程主动调用 schedule()
• 例如：sleep()、wait()、IO 阻塞

2. 抢占调度

• 时钟中断（tick）
• 更高优先级任务就绪
• 当前任务时间片用完（CFS 中叫“虚拟时间”）

3. 唤醒抢占

• 一个高优先级进程被唤醒
• 可能立即抢占当前进程

四、CFS（完全公平调度器，核心）

SCHED_NORMAL 使用 CFS（Completely Fair Scheduler）

核心思想

让所有进程“公平”地消耗 CPU 时间

关键概念

1. 虚拟运行时间（vruntime）

• 每个进程维护一个 vruntime
• 实际运行时间 ÷ 权重（nice 值）
• 权重越高，vruntime 增长越慢

2. 红黑树（rbtree）

• 所有可运行进程按 vruntime 排序
• 最左节点 = 最该运行的进程

3. 调度过程

调度时：
1. 选红黑树最左节点
2. 运行该进程
3. 更新 vruntime
4. 时间片用尽或抢占 → 重新调度

五、nice 值 & 优先级

• nice 范围：-20 ~ 19
• 默认：0
• nice 越小 → 优先级越高 → 权重越大

nice -n -10 ./app
renice -n 5 -p 1234

六、实时调度（RT）

SCHED_FIFO

• 优先级 1–99
• 不自动让出 CPU
• 只有：
  • 阻塞
  • 被更高优先级抢占
  • 主动 yield

SCHED_RR

• 类似 FIFO
• 有固定时间片

⚠️ 实时进程优先级 高于所有普通进程

七、SCHED_DEADLINE（硬实时）

基于 EAR（Earliest Deadline First）

参数：

runtime  // 运行时间
deadline // 截止时间
period   // 周期

适用于：

• 音视频
• 控制系统
• 低延迟交易

八、多核 & CPU 亲和性

• 每个 CPU 有独立运行队列（runqueue）
• 支持：
  • 负载均衡（load balance）
  • CPU 亲和性（taskset）

taskset -c 0,1 ./app

九、查看调度信息

ps -eo pid,comm,pri,ni,stat,rtprio
top
htop
cat /proc/<pid>/sched

十、一句话总结

Linux 进程调度通过分层调度类 + CFS 公平调度 + 实时调度支持，在公平性和实时性之间取得平衡，由时钟中断、阻塞和唤醒触发调度。

如果你愿意，我可以进一步讲：

• CFS 源码级流程
• 为什么 CFS 不用时间片
• 实时系统如何调优
• 容器（Docker）里的调度行为