使用完全公平调度程序（CFS）进行多任务处理（3）CFS 工作原理

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CFS 调度程序使用安抚（appeasement）策略确保公平性。当某个任务进入运行队列后，将记录当前时间，当某个进程等待 CPU 时，将对这个进程的 wait_runtime 值加一个数，这个数取决于运行队列当前的进程数。当执行这些计算时，也将考虑不同任务的优先级值。                                                          将这个任务调度到 CPU 后，它的 wait_runtime 值开始递减，当这个值递减到其他任务成为红黑树的最左侧任务时，当前任务将被抢占。通过这种方式，CFS 努力实现一种理想 状态，即 wait_runtime 值为 0！
CFS 维护任务运行时（相对于运行队列级时钟，称为 fair_clock(cfs_rq->fair_clock)），它在某个实际时间的片段内运行，因此，对于单个任务可以按照理想的速度运行。  
粒度和延迟如何关联？关联粒度和延迟的简单等式为：

gran = (lat/nr) - (lat/nr/nr)
其中 gran = 粒度，
lat = 延迟，而
nr = 运行中的任务数。

例如，如果具有 4 个可运行的任务，那么 fair_clock 将按照实际时间速度的四分之一增加。每个任务将设法跟上这个速度。这是由分时多任务处理的量子化特性决定的。也就是说，在任何一个时间段内只有一个任务可以运行；因此，其他进程在时间上的拖欠将增大（wait_runtime）。因此，一旦某个任务进入调度，它将努力赶上它所欠下的时间（并且要比所欠时间多一点，因为在追赶时间期间，fair_clock 不会停止计时）。
加权任务引入了优先级。假设我们有两个任务：其中一个任务占用 CPU 的时间量是另一个任务的两倍，比例为 2:1。执行数学转换后，对于权重为 0.5 的任务，时间流逝的速度是以前的两倍。
我们根据 fair_clock 对树进行排队。
请注意，CFS 没有使用时间片（time slices），至少，没有优先使用。CFS 中的时间片具有可变的长度并且动态确定。
对于负载平衡程序，调度模块实现了迭代器，使用它遍历由调度模块管理的所有任务，从而进行负载平衡。  
运行时调优选项 引入了重要的 sysctls 来在运行时对调度程序进行调优（以 ns 结尾的名称以纳秒为单位）：

• sched_latency_ns：针对 CPU 密集型任务进行目标抢占延迟（Targeted preemption latency）。
• sched_batch_wakeup_granularity_ns：针对 SCHED_BATCH 的唤醒（Wake-up）粒度。
• sched_wakeup_granularity_ns：针对 SCHED_OTHER 的唤醒粒度。
• sched_compat_yield：由于 CFS 进行了改动，严重依赖 sched_yield() 的行为的应用程序可以要求不同的性能，因此推荐启用 sysctls。
• sched_child_runs_first：child 在 fork 之后进行调度；此为默认设置。如果设置为 0，那么先调度 parent。
• sched_min_granularity_ns：针对 CPU 密集型任务执行最低级别抢占粒度。
• sched_features：包含各种与调试相关的特性的信息。
• sched_stat_granularity_ns：收集调度程序统计信息的粒度。

下面是系统中运行时参数的典型值：  
清单 5. 典型的运行时参数值

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[root@dodge ~]# sysctl -A|grep "sched" | grep -v "domain" kernel.sched_min_granularity_ns = 4000000 kernel.sched_latency_ns = 40000000 kernel.sched_wakeup_granularity_ns = 2000000 kernel.sched_batch_wakeup_granularity_ns = 25000000 kernel.sched_stat_granularity_ns = 0 kernel.sched_runtime_limit_ns = 40000000 kernel.sched_child_runs_first = 1 kernel.sched_features = 29 kernel.sched_compat_yield = 0 [root@dodge ~]#

新的调度程序调试接口  新调度程序附带了一个非常棒的调试接口，还提供了运行时统计信息，分别在 kernel/sched_debug.c 和        kernel/sched_stats.h 中实现。要提供调度程序的运行时信息和调试信息，需要将一些文件添加到 proc pseudo 文件系统：

• /proc/sched_debug：显示运行时调度程序可调优选项的当前值、CFS 统计信息和所有可用 CPU 的运行队列信息。当读取这个 proc 文件时，将调用 sched_debug_show() 函数并在 sched_debug.c 中定义。
• /proc/schedstat：为所有相关的 CPU 显示特定于运行队列的统计信息以及 SMP 系统中特定于域的统计信息。kernel/sched_stats.h 中定义的 show_schedstat() 函数将处理 proc 条目中的读操作。
• /proc/[PID]/sched：显示与相关调度实体有关的信息。在读取这个文件时，将调用 kernel/sched_debug.c 中定义的 proc_sched_show_task() 函数