使用完全公平调度程序（CFS）进行多任务处理（1）

look_w

Linux 2.6.23 内核的调度程序为其他调度模块并行处理内核打好了基础（这里所说的 “模块化” 并不意味着将调度程序分解为若干可加载的模块，而是指代码本身模块化）。有关调度程序工作原理的更多细节，请参考 developerWorks 文章 “Inside the Linux scheduler”（参见本文末尾  小节中的链接）。  
主要特性和策略 最新版调度程序引入的主要特性包括：

• 模块化调度程序
• 完全公平调度程序（Completely Fair Scheduler，CFS）
• CFS 组调度

模块化调度程序 调度类的引入显著增强了内核调度程序的可扩展性。这些类（调度程序模块）封装了调度策略。这个调度程序将调度策略模块化，但是与 Pluggable CPU 调度程序框架不同的是，并没有把调度程序本身模块化（后者在内核编译时选择默认调度程序，而通过在启动时向内核传递参数来使用其他 CPU 调度程序）。
CFS完全公平调度程序（CFS）试图按照对 CPU 时间的 “最大需求（gravest need）” 运行任务；这有助于确保每个进程可以获得对 CPU 的公平共享。如果某个任务休眠时间 “非常短”，那么 CFS 不会将该任务视为休眠任务 — 短暂休眠的进程可能会获得一些额外时间，但是决不会超过它的未休眠时间。
CFS 组调度考虑一个两用户示例，用户 A 和用户 B 在一台机器上运行作业。用户 A 只有两个作业正在运行，而用户 B 正在运行 48 个作业。组调度使 CFS 能够对用户 A 和用户 B 进行公平调度，而不是对系统中运行的 50 个作业进行公平调度。每个用户各拥有 50% 的 CPU 使用。用户 B 使用自己 50% 的 CPU 分配运行他的 48 个作业，而不会占用属于用户 A 的另外 50% 的 CPU 分配。                                                                                    
CFS 调度模块（在 kernel/sched_fair.c 中实现）用于以下调度策略：SCHED_NORMAL、SCHED_BATCH 和 SCHED_IDLE。对于 SCHED_RR 和 SCHED_FIFO 策略，将使用实时调度模块（该模块在 kernel/sched_rt.c 中实现）。
鉴于以下原因，需要对策略作出一些更改：

• 更好地支持服务器和台式机调度。
• 提供用户要求的新特性。
• 改进启发式（heuristic）处理。vanilla 调度程序使用启发式处理可以更轻易地实现调度。同样，如果启发式处理错误估测了场景，将导致意料之外的行为。

CFS 和 RSDL 对比RSDL（Rotating Staircase Deadline Scheduler）RSDL 是一个进程调度程序，以前的 Linux 进程调度程序尝试使用统计信息推测启发式处理的预期行为（或出现的故障），而 RSDL 可以消除这种交互性评估代码和算法。RSDL 以 “公平” 概念为基础，平等对待所有进程并分配相同的时间片。这种调度程序并不关心或者试图猜测进程是 CPU 密集型还是 IO 密集型。RSDL 增强了用户感知的 “交互性”，并且，当 original O(1) 进程调度程序的创建者 Ingo Molnar 用来自 RSDL 的公平调度基本设计原理创建 CFS 后，RSDL 已被合并到 2.6 内核中。这一举措受到众多计算机爱好者的普遍认同，而 RSDL（创建者为 Con Kolivas）功不可没。

Con Kolivas 证明了实现 “公平调度” 不会与交互性的延迟目标相冲突。他已经使用 RSDL/SD 调度程序证明，公平性可以很轻易地实现，不需要使用复杂的启发式处理来判断进程的交互性。
CFS 没有使用优先级数组，它去掉了 vanilla 调度程序的数组切换工件。RSDL 和 CFS 之间的重要区别包括以下几点：

• RSDL 基于 “严格的公平性” 概念；然而，CFS 还考虑到交互式进程的休眠时间长度，因此，短暂休眠进程对 CPU 时间的占用会略微多一些。
• RSDL 使用诸如 vanilla 调度程序这样的优先级队列，而 CFS 没有使用。
• RSDL 和 vanilla 调度程序会受到数组切换工件的影响，而 CFS 不会。

CFS 不会跟踪休眠时间，也不会使用启发式处理识别交互式任务 — 它仅仅确保在既定时间内，对于一定数量的可运行进程，每个进程获得公平的 CPU 占用。