Linux 进程如何调度

Linux 的进程调度是一个分层、可扩展、基于调度类（scheduler class） 的体系，核心思想可以概括为：按调度类优先级选择 → 在选中的调度类里按策略选进程 → 根据时间片或事件触发切换。下面从整体架构 → 调度类与策略 → 调度流程 → 关键机制 → 常见调度器演变系统说明。

一、整体调度架构（核心思想）

Linux 调度器不是“一个算法”，而是 调度类 + 调度策略 的组合：

调度器核心
 ├── 调度类（sched_class）按优先级排列
 │    ├── stop_sched_class        （最高，用于 CPU 停止）
 │    ├── dl_sched_class          （Deadline）
 │    ├── rt_sched_class          （实时）
 │    ├── fair_sched_class        （CFS，普通进程）
 │    └── idle_sched_class        （idle）
 └── 每个调度类有自己的一套调度策略

调度时：

先比调度类优先级
再在调度类内部选进程

二、调度类与调度策略

1️⃣ 调度类（Scheduler Class）

调度类	用途
`stop`	内核紧急任务（迁移、停 CPU）
`dl`	Deadline 调度（实时）
`rt`	实时进程（RT）
`fair`	普通进程（CFS，最常见）
`idle`	空闲任务

2️⃣ 调度策略（policy）

✅ 普通进程（CFS）

SCHED_OTHER / SCHED_NORMAL

完全公平调度器（Completely Fair Scheduler）
按 虚拟运行时间 vruntime 调度
动态时间片

✅ 实时进程（RT）

SCHED_FIFO
SCHED_RR

优先级 1–99
实时类 高于普通进程
FIFO：不主动让出就一直运行
RR：有时间片轮转

✅ Deadline

SCHED_DEADLINE

基于 任务截止时间
用于强实时系统

三、CFS（普通进程）调度原理（重点）

1️⃣ 核心思想

让每个进程“看起来”都在公平地使用 CPU

CFS 不维护固定时间片，而是维护 vruntime（虚拟运行时间）。

2️⃣ vruntime（虚拟运行时间）

vruntime += 实际运行时间 × (NICE_0_LOAD / 进程权重)

高优先级（nice 小） → 权重高 → vruntime 增长慢
低优先级（nice 大） → 权重低 → vruntime 增长快

✅ 总是选择 vruntime 最小的进程运行

3️⃣ 红黑树（rbtree）

所有可运行进程按 vruntime 放入红黑树
最左节点 = 下一个要运行的进程
插入 / 删除 / 查找：O(log n)

4️⃣ 时间片

没有固定时间片
由 调度周期（sched_latency） 和进程数量动态计算
保证调度延迟可控

四、调度触发时机

1️⃣ 触发调度的情况

进程 时间片用完
进程 主动让出 CPU
```
schedule()
```
进程 阻塞（sleep / IO）
进程 被唤醒
创建新进程
中断返回用户态

2️⃣ 抢占（Preemption）

用户抢占

系统调用返回
中断返回

内核抢占（CONFIG_PREEMPT）

内核代码某些点可抢占
提高实时性

五、调度流程（简化）

tick 中断 / 事件
   ↓
schedule()
   ↓
pick_next_task()
   ↓
遍历调度类
   ↓
选定进程
   ↓
context_switch()

六、进程优先级与 nice 值

1️⃣ nice 值（-20 ～ 19）

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

nice 越小 → 优先级越高
只影响 CFS

2️⃣ 实时优先级（1–99）

chrt -f 10 ./app

高于普通进程
永远优先于 CFS

七、调度器相关系统调用

函数	作用
`sched_setscheduler()`	设置调度策略
`sched_getparam()`	获取调度参数
`sched_yield()`	主动让出 CPU
`setpriority()`	设置优先级

八、调度器演变（历史）

版本	调度器
2.4	O(n)
2.6 早期	O(1)
2.6.23+	CFS（至今）

九、一个经典比喻

CFS 就像一个公平的裁判：
每个人跑得时间不同，但裁判保证“谁跑得少，就让谁先跑”。

十、总结一句话

Linux 调度 = 调度类优先级 + 调度策略 + vruntime 公平 + 事件驱动抢占

如果你愿意，我可以：

画一张 调度流程图
用 代码级视角 讲 schedule()
对比 RT vs CFS vs Deadline
结合 多核 / NUMA / cgroup CPU 讲调度

你更想深入哪一块？