43、Linux 系统 CPU 调度机制与可视化指南

Linux 系统 CPU 调度机制与可视化指南

1. 学习目标与背景

探索 Linux 系统中 CPU 调度的关键知识，不仅对内核和驱动开发者意义重大，还能提升系统架构设计能力。我们将先了解重要背景知识，接着借助工具可视化控制流，最后深入研究 CPU 调度的内部机制。这涉及到像内核可调度实体（KSE）、POSIX 调度策略等概念，以及如何通过 perf 等工具来观察和分析调度过程。

2. 技术要求

为了更好地进行学习和实践，需要准备好运行 Ubuntu 18.04 LTS 或更高稳定版本的虚拟机，并安装所需的所有软件包。同时，建议克隆相关代码仓库，以便进行实践操作。仓库地址为：https://github.com/PacktPublishing/Linux-Kernel-Programming 。

3. CPU 调度内部机制 - 基础背景

3.1 Linux 中的 KSE

在 Linux 系统里，调度的基本单位是线程，而非进程。每个线程都有一个任务结构（ struct task_struct ），以及用户模式和内核模式的栈。例如，假设有 1 个 CPU 核心、10 个用户空间进程（每个进程包含 3 个线程）和 5 个内核线程，那么总共就有 35 个线程参与 CPU 资源的竞争。

3.2 POSIX 调度策略

Linux 内核实现了多种调度策略，其中 POSIX 标准规定了至少三种调度策略，Linux 在此基础上进行了扩展。以下是 POSIX 调度策略的简要总结：
| 调度策略 | 关键点 | 优先