一文讲解Linux进程调度-CFS调度器

说明：

1. Kernel版本：4.14
2. ARM64处理器，Contex-A53，双核
3. 使用工具：Source Insight 3.5， Visio

1. 概述

• Completely Fair Scheduler，完全公平调度器，用于Linux系统中普通进程的调度。
• CFS采用了红黑树算法来管理所有的调度实体sched_entity，算法效率为O(log(n))。CFS跟踪调度实体sched_entity的虚拟运行时间vruntime，平等对待运行队列中的调度实体sched_entity，将执行时间少的调度实体sched_entity排列到红黑树的左边。
• 调度实体sched_entity通过enqueue_entity()和dequeue_entity()来进行红黑树的出队入队。

老规矩，先上张图片来直观了解一下原理：

• 每个sched_latency周期内，根据各个任务的权重值，可以计算出运行时间runtime；
• 运行时间runtime可以转换成虚拟运行时间vruntime；
• 根据虚拟运行时间的大小，插入到CFS红黑树中，虚拟运行时间少的调度实体放置到左边；
• 在下一次任务调度的时候，选择虚拟运行时间少的调度实体来运行；

在开始本文之前，建议先阅读下一文讲解Linux进程调度器-基础。

2. 数据结构

2.1 调度类

Linux内核抽象了一个调度类struct sched_class，这是一种典型的面向对象的设计思想，将共性的特征抽象出来封装成类，在实例化各个调度器的时候，可以根据具体的调度算法来实现。这种方式做到了高内聚低耦合，同时又很容易扩展新的调度器。

• 在调度核心代码kernel/sched/core.c中，使用的方式是task->sched_class->xxx_func，其中task表示的是描述任务的结构体struct task_struck，在该结构体中包含了任务所使用的调度器，进而能找到对应的函数指针来完成调用执行，有点类似于C++中的多态机制。

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2.2 rq/cfs_rq/task_struct/task_group/sched_entity

• struct rq：每个CPU都有一个对应的运行队列；
• struct cfs_rq：CFS运行队列，该结构中包含了struct rb_root_cached红黑树，用于链接调度实体struct sched_entity。rq运行队列中对应了一个CFS运行队列，此外，在task_group结构中也会为每个CPU再维护一个CFS运行队列；
• struct task_struct：任务的描述符，包含了进程的所有信息，该结构中的struct sched_entity，用于参与CFS的调度；
• struct task_group：组调度（参考前文），Linux支持将任务分组来对CPU资源进行分配管理