Ubuntu进程调度：如何公平分配资源

Ubuntu操作系统使用CFS（Completely Fair Scheduler，完全公平调度器）来公平地分配CPU资源给各个进程。CFS的目标是确保每个进程都能公平地访问CPU，同时尽量减少进程切换的开销。以下是CFS如何实现公平分配资源的一些关键点：

1. 虚拟运行时间（vruntime）：

   • CFS为每个进程维护一个虚拟运行时间（vruntime），它表示进程在CPU上运行的相对时间。
   • vruntime越小，表示进程越优先获得CPU时间。

2. 红黑树：

   • CFS使用红黑树来管理进程的vruntime。红黑树是一种自平衡二叉查找树，可以快速找到vruntime最小的进程。
   • 当CPU空闲时，调度器会选择vruntime最小的进程来运行。

3. 时间片轮转：

   • 对于交互式进程（如终端会话），CFS使用时间片轮转的方式来分配CPU时间。
   • 每个交互式进程会被分配一个时间片，当时间片用完时，进程会被放回红黑树中，并重新计算其vruntime。

4. 优先级和nice值：

   • 进程的优先级由其nice值决定，nice值范围从-20（最高优先级）到19（最低优先级）。
   • nice值越低，进程的优先级越高，获得的CPU时间越多。

5. 组调度：

   • CFS支持组调度，可以将一组进程绑定到一个CPU核心上，确保这些进程共享该核心的CPU时间。
   • 这有助于提高特定任务的性能，同时保持系统的公平性。

6. 实时调度策略：

   • 除了CFS，Ubuntu还支持实时调度策略（如FIFO和RR），这些策略可以为实时任务提供更严格的CPU时间保证。
   • 实时任务通常具有较高的优先级，可以抢占普通任务的CPU时间。

7. 负载均衡：

   • CFS会根据系统的负载情况动态调整进程的调度策略，以确保系统在高负载下仍能保持公平性。
   • 调度器会监控CPU的使用率，并根据需要调整进程的优先级和时间片大小。

通过这些机制，Ubuntu的CFS调度器能够公平地分配CPU资源给各个进程，同时确保系统的响应性和性能。