Linux CFS（完全公平调度器）原理与实现细节全解析（3）

接前一篇文章：Linux CFS（完全公平调度器）原理与实现细节全解析（2）

二、核心概念与关键抽象

2.3 CFS运行队列（cfs_rq）与红黑树

每个CPU都维护一个就绪队列struct rq，其中CFS使用自己的子结构struct cfs_rq管理所有属于CFS调度类的可运行实体。

cfs_rq的核心成员之一是一棵按vruntime排序的红黑树：

• 所有处于TASK_RUNNING状态的sched_entity都在这棵树上；

• 树中最左节点就是vruntime最小的任务，即下一个最该运行的任务；
• 插入/删除/查找均为 O(log N)，在任务数很大时仍然可控。

红黑树的存在，使得CFS可以用非常简洁的逻辑实现：

“永远选择vruntime最小的任务运行”

典型操作如下：

• enqueue_entity()

新任务就绪 / 唤醒 → 插入rb-tree；

• dequeue_entity()

任务阻塞 / 退出 → 从rb-tree移除；

• pick_next_task_fair()

取 rb-tree 最左节点 → 下一个运行任务。

同时，cfs_rq中还维护一个关键字段：

• min_vruntime

当前运行队列中所有实体vruntime的下界近似值，主要用于新任务vruntime初始化与全局“时间对齐”。

2.4 权重、nice值与调度粒度

在Linux中：

• nice值范围为[-20, +19]，数值越小优先级越高；

• CFS使用sched_prio_to_weight[]将nice值映射为整数权重weight；

• 权重近似呈指数级变化：每降低1个nice，权重大约乘以1.25。

例如（示意）：

• nice = 0 → weight = 1024；
• nice = -1 → weight ≈ 1277；
• nice = +1 → weight ≈ 820。

CFS使用如下公式更新vruntime：

[ \Delta \text{vruntime} = \Delta t_\text{exec} \times \frac{\text{NICE_0_LOAD}}{\text{weight}} ]

因此：

• 权重越大（nice越低），同样运行1ms，其vruntime增加得更少；
• 权重越小（nice越高），vruntime增加得更多，在红黑树中更容易被“推到右边”，降低调度频率。

此外，为避免过度频繁的上下文切换，CFS引入了几个重要参数：

• sched_min_granularity

最小调度粒度（默认约 0.75ms），单次调度不希望明显短于该值；

• sched_latency

目标调度延迟（默认约 6ms），即当可运行任务数较少时，每个任务在一个周期内大致能运行一次；

• 当任务数nr_running较多时，sched_latency 会按 nr_running sched_min_granularity 动态放大，以避免极端高频切换。

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