CFS(Completely Fair Scheduler,完全公平调度器)是Linux内核中的一种进程调度算法,它的主要目标是实现公平、高效地分配CPU时间给各个进程。CFS于Linux 2.6.23内核引入,取代了之前的O(1)调度器。CFS的核心思想是为每个进程分配一个虚拟运行时间(vruntime),并根据这个值来决定哪个进程应该获得CPU时间。
CFS的工作原理如下:
虚拟运行时间(vruntime):CFS为每个进程维护一个虚拟运行时间,用于表示进程在CPU上运行的相对优先级。vruntime越小,表示进程的优先级越高,越容易获得CPU时间。初始时,所有进程的vruntime都设置为0。
时间片轮转:CFS将CPU时间划分为多个时间片,每个时间片的长度与进程的权重成正比。权重可以根据进程的优先级、nice值等因素计算得出。当一个进程的时间片用完时,CFS会将其vruntime增加一个时间片的长度,然后重新选择下一个要运行的进程。
红黑树:CFS使用红黑树数据结构来组织就绪队列中的进程。红黑树是一种自平衡二叉查找树,可以在O(log n)时间内完成插入、删除和查找操作。CFS根据进程的vruntime将进程组织成红黑树,这样可以快速找到vruntime最小的进程,即优先级最高的进程。
负载均衡:CFS会在多个CPU核心之间进行负载均衡,确保每个核心上的进程数量大致相等。当一个核心上的进程数量过多时,CFS会将部分进程迁移到其他核心上运行,以减轻单个核心的负担。
优先级调整:CFS会根据进程的行为动态调整其优先级。例如,长时间运行的进程会被降低优先级,而等待I/O操作的进程会被提高优先级。这样可以确保系统中的进程能够公平地共享CPU资源。
总之,CFS通过为每个进程分配虚拟运行时间、使用红黑树组织就绪队列、实现时间片轮转和负载均衡等策略,实现了对CPU资源的公平、高效调度。