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Linux 调度SCHED_FIFO或SCHED_RR

article 2024/10/31 10:00:23

NORMAL（CFS - Completely Fair Scheduler）策略
- 基本原理：CFS 是 Linux 内核中默认的调度策略，用于普通进程的调度。它的设计目标是公平地分配 CPU 时间给各个进程。CFS 使用红黑树（Red - Black Tree）数据结构来维护所有可运行进程的调度队列。每个进程都有一个虚拟运行时间（virtual runtime），它是根据进程实际运行时间和进程优先级等因素计算得到的。CFS 会选择虚拟运行时间最小的进程来运行，这样可以保证每个进程都能相对公平地获取 CPU 资源。
- 应用场景和特点：适用于大多数的普通用户进程和系统进程，如文本编辑器、浏览器等应用程序对应的进程。它能够在多任务环境下，让各个进程都有机会运行，避免某个进程长时间独占 CPU 而导致其他进程饥饿。例如，在一个同时运行多个后台服务和前台应用的系统中，CFS 调度器会根据每个进程的虚拟运行时间，合理地分配 CPU 时间，使得系统整体运行流畅。
FIFO（First - In - First - Out）策略
- 基本原理：FIFO 是一种简单的实时调度策略。按照进程进入可运行状态的先后顺序来分配 CPU 时间。一旦一个进程开始运行，它会一直运行下去，直到它主动放弃 CPU（例如通过等待 I/O 操作、调用阻塞式系统调用等）或者被更高优先级的实时进程抢占。
- 应用场景和特点：用于对实时性要求极高且任务执行时间相对可预测的场景。例如，一些工业控制中的实时数据采集任务，这些任务需要按照固定的顺序及时获取数据并且不能被打断，除非它们自己主动暂停。不过，FIFO 策略可能会导致低优先级进程长时间得不到 CPU 时间，出现 “饥饿” 现象，因为高优先级的 FIFO 进程会一直占用 CPU，直到完成或者阻塞。
RR（Round - Robin）策略
- 基本原理：RR 策略也是一种实时调度策略。它类似于 FIFO，但为每个进程分配一个固定的时间片（time - slice）。当一个进程的时间片用完后，系统会将 CPU 切换到下一个就绪进程，即使当前进程还没有完成。所有就绪进程会按照顺序轮流使用 CPU，从而保证每个进程都能得到一定的 CPU 时间。
- 应用场景和特点：适用于对实时性有要求，并且需要多个任务公平共享 CPU 资源的场景。比如在一个实时多任务系统中，多个任务的优先级相同且都需要及时响应，像实时通信系统中的多个数据发送和接收任务，RR 调度策略可以确保每个任务都有机会在一定时间内使用 CPU，不会出现某个任务长时间等待的情况，相比 FIFO 策略可以更好地避免进程 “饥饿”。
BATCH 策略
- 基本原理：BATCH 调度策略主要是为了处理那些不需要立即响应的批处理任务。这些任务通常对 CPU 时间的需求比较连续，但是对响应时间的要求不像实时任务那么高。BATCH 调度器会尽量让这些任务在系统负载较低的时候运行，以提高系统的整体效率。
- 应用场景和特点：应用于一些大规模的数据处理任务，如在数据中心中对大量数据进行离线分析、编译大型软件项目等场景。例如，在服务器上进行大数据集的统计分析工作，这些任务可以等待系统资源空闲时再集中处理，BATCH 调度策略能够有效地利用系统的空闲 CPU 资源，提高系统资源的利用率，同时不会对系统的实时响应性能产生太大影响。
IDLE 策略
- 基本原理：IDLE 调度策略用于运行在系统空闲时的进程。这些进程只有在系统没有其他可运行的进程（即所有高优先级进程都处于等待状态）时才会被调度运行。IDLE 进程通常用于一些低优先级的后台任务，如系统监控工具在系统空闲时收集一些统计数据等。
- 应用场景和特点：适用于那些对系统资源占用不紧急、可以在系统空闲时间进行的任务。比如一些系统维护任务，像清理临时文件、更新系统日志等操作。这些任务不会影响系统的主要功能和性能，只会在系统真正空闲的时候利用剩余的 CPU 资源来完成自己的工作。

Linux内核怎么看时时线程和普通线程？

内核空间查看方式
- 通过struct task_struct结构体：在内核代码中，每个进程（线程）在内核中都有一个对应的struct task_struct结构体来描述。这个结构体中有一个成员变量policy用于存储调度策略。通过检查这个变量的值，可以判断进程是实时进程还是普通进程。例如，在内核模块或者内核调试过程中，可以使用如下代码片段（这是一个简化的示例，实际可能需要更多的头文件和错误处理等）：

#include <linux/sched.h>
#include <linux/module.h>
#include <linux/kernel.h>

// 一个简单的内核模块函数，用于检查进程调度策略
static int __init check_schedule_policy(void)
{
    struct task_struct *p;
    for_each_process(p) {
        if (p->policy == SCHED_FIFO || p->policy == SCHED_RR) {
            printk(KERN_INFO "Process %s with PID %d is a real - time process\n", p->comm, p->pid);
        } else if (p->policy == SCHED_OTHER) {
            printk(KERN_INFO "Process %s with PID %d is a normal process\n", p->comm, p->pid);
        }
    }
    return 0;
}

module_init(check_schedule_policy);
MODULE_LICENSE("GPL");

命令行方式（用户空间）
- ps -eo pid,comm,policy命令：在终端中使用ps -eo pid,comm,policy可以查看系统中正在运行的进程（包括线程，因为 Linux 中线程在底层也是以轻量级进程的形式实现的）的进程标识符（pid）、命令名称（comm）和调度策略（policy）。对于实时进程，调度策略会显示为SCHED_FIFO（先进先出实时调度策略）或者SCHED_RR（时间片轮转实时调度策略）；而普通进程的调度策略通常是SCHED_OTHER（对应于前面提到的 NORMAL/CFS 调度策略）。例如：

~$ ps -eo pid,comm,policy
    PID COMMAND         POL
      1 systemd         TS
      2 kthreadd        TS
      3 rcu_gp          TS
      4 rcu_par_gp      TS
      5 slub_flushwq    TS
      6 netns           TS
      8 kworker/0:0H-ev TS
     10 mm_percpu_wq    TS
     11 rcu_tasks_rude_ TS
     12 rcu_tasks_trace TS
     13 ksoftirqd/0     TS
     14 rcu_sched       TS
     15 migration/0     FF
     16 idle_inject/0   FF
     18 cpuhp/0         TS
     19 cpuhp/1         TS
     20 idle_inject/1   FF
     21 migration/1     FF
     22 ksoftirqd/1     TS