Ubuntu（以及大多数Linux发行版）使用CFS（Completely Fair Scheduler，完全公平调度器）作为其默认的进程调度策略。CFS是Linux内核中一种改进的公平调度算法，旨在为所有进程提供公平的CPU时间分配。以下是对CFS及其相关概念的详细解析：
CFS基本概念
- 虚拟运行时间（vruntime）：
- 每个进程都有一个vruntime值，表示该进程相对于其他进程的优先级。
- CFS通过比较vruntime来决定哪个进程应该获得CPU时间。
- 时间片（time slice）：
- 虽然CFS不严格使用固定大小的时间片，但它确实为每个进程分配了一个相对公平的时间段来执行。
- 当进程的时间片用完或主动让出CPU时，调度器会选择另一个vruntime较低的进程来运行。
- 红黑树：
- CFS使用红黑树数据结构来高效地管理进程队列。
- 树中的每个节点代表一个进程，节点的位置根据其vruntime排序。
调度策略细节
- 选择下一个运行的进程：
- 调度器从红黑树的根节点（即vruntime最小的进程）开始选择下一个要运行的进程。
- 如果当前运行的进程的时间片未用完，则它会被重新插入到红黑树中适当的位置，并等待下一次调度。
- 时间片轮转：
- 对于交互式进程（如终端会话），CFS通常采用时间片轮转策略，以确保它们能够及时响应用户输入。
- 时间片的大小可以根据系统负载和进程类型动态调整。
- 优先级调整：
- 进程的优先级可以通过nice值来调整，nice值范围从-20（最高优先级）到19（最低优先级）。
- CFS会根据nice值计算出进程的实际优先级，并相应地调整vruntime。
- 实时进程调度：
- 对于需要严格实时性的任务，Ubuntu提供了实时调度策略，如FIFO（先进先出）和RR（时间片轮转）。
- 实时进程具有比普通进程更高的优先级，并且它们的调度不受CFS的影响。
监控和调试
- 可以使用
top、htop等工具来查看系统中各个进程的CPU使用情况和调度状态。
perf工具提供了更详细的性能分析和调度跟踪功能。- 通过查看
/proc文件系统中的相关信息，如/proc/sched_debug，可以获得关于CFS调度器的深入见解。
注意事项
- 虽然CFS旨在提供公平的CPU时间分配，但在某些情况下（如大量短生命周期的进程），它可能无法完全满足实时性要求。
- 在设计系统时，应充分考虑进程的特性和需求，选择合适的调度策略和参数配置。
总之，CFS是Ubuntu及其他Linux发行版中一种强大且灵活的进程调度策略，它通过虚拟运行时间和红黑树等数据结构实现了高效的公平调度。