linux的CFS调度

Posted 2021-03-02 wenxuanh

进程的优先级

首先我们关注Linux的进程优先级的设定，Linux有两种优先级：

• nice值
• 实时优先级

nice值的范围是[-20,19]，数字越大则优先级越低，我们可以使用ps -el查看包含nice值的进程列表

列表中的NI一列就表示进程的nice值。
实时优先级的范围是[0,99]，与nice值的意义相反，数字越大表示优先级越高。

时间片

很多操作系统直接分配一个时间片给进程，进程调度运行完给定的时间片就会让出CPU。而CFS调度器不一样的地方在于，它给定每个进程不是一个时间片，而是处理器的使用比例。如果某个就绪的进程的CPU使用比例小于正在CPU上运行的进程的处理器使用比，那这个进程就会抢占CPU立即投入运行。而进程优先级越高，能得到的处理器使用比例就越大。优先级越低，处理器的使用比例就越小。

CFS使用vruntime变量来表示这个处理器使用比例。初始的时候根据nice值给每个进程的vruntime一个初始值，nice值越大、优先级越低的进程vruntime就越大。注意vruntime越大表示该进程已经得到的处理器比例就越大，因此为了保证公平，应该调度vruntime越小即当前获得处理器比例较小的进程运行，以使得这些所有进程获得公平的处理器使用比例。

CFS调度实现

时间记账

由于CFS没有时间片的概念，取而代之的是处理器使用比例的概念，因此进程运行时就要记录自己的运行时间。CFS使用vruntime变量来实现这个功能，但是并不是简单保存运行时间，而是根据当前可运行进程总数对运行时间进行一个加权计算，这个加权值含义可以理解为进程这次运行得到的处理器使用比例，最终将这个加权值加上vruntime得到新的vruntime。

为了实现尽量公平，更新vruntime是系统定时器周期性更新的，而不是进程运行结束之后。因为CFS没有时间片的概念，进程不会有运行完给定时间片被抢占的情况，而是周期性更新自己的vruntime，当发现有一个vruntime更小的就绪进程时，这个进程就会被更小vruntime的进程抢占CPU。

进程选择

前面提到，为了保证公平，CFS会挑一个具有最小vruntime的进程运行。CFS实现这个功能使用红黑树，红黑树的每个节点的键值就表示可运行进程的vruntime，因此为了获得vruntime最小的进程，只需要找到红黑树中最左边的一个叶子节点即可。

CFS为了找到最左边的叶子节点，不是每次去查找这颗红黑树，而是维护一个rb_leftmost的变量，每次取出这个变量的值即可。虽然在红黑树中查找一个节点复杂度为O(nlgn)，并不是一个很高的复杂度，但是维护这个变量效率更高。因为每次更新这颗红黑树时，如果插入的节点或删除的节点并不是最左边的叶子节点，那这个变量不需要改变。而如果是，那这个变量的改变代价也很低，因为已经访问到最左边的叶子节点了，只需要做一次赋值即可。