Linux 進(jìn)程調(diào)度全知道

Linux 進(jìn)程調(diào)度器是一個(gè)進(jìn)程嗎？ 還是一個(gè)策略

Linux 進(jìn)程調(diào)度器（scheduler）不是一個(gè)進(jìn)程，而是一套內(nèi)核中的調(diào)度策略和相關(guān)代碼的總稱。

1. 調(diào)度器不是進(jìn)程

  • 調(diào)度器不是一個(gè)進(jìn)程，它沒有自己的 PID，也不會(huì)出現(xiàn)在 ps/top 等進(jìn)程列表中。
  • 它是內(nèi)核代碼的一部分，始終運(yùn)行在內(nèi)核空間，由內(nèi)核負(fù)責(zé)調(diào)用和維護(hù)。

2. 調(diào)度器是什么？

  • 調(diào)度器（scheduler）是一套算法和實(shí)現(xiàn)代碼，決定了在任意時(shí)刻哪個(gè)進(jìn)程/線程可以獲得 CPU 運(yùn)行。
  • 它管理所有進(jìn)程/線程的狀態(tài)（就緒、運(yùn)行、阻塞等），并根據(jù)優(yōu)先級(jí)、調(diào)度策略等因素做出調(diào)度決策。

3. 調(diào)度器的實(shí)現(xiàn)位置

  • 主要代碼在 Linux 源碼的 kernel/sched/ 目錄下，比如：
    • core.c（核心框架）
    • fair.c（CFS 完全公平調(diào)度器，普通進(jìn)程用）
    • rt.c（實(shí)時(shí)調(diào)度器）
    • deadline.c（實(shí)時(shí) deadline 調(diào)度器）
  • 這些文件實(shí)現(xiàn)了不同的調(diào)度策略，比如 CFS、SCHED_FIFO、SCHED_RR、SCHED_DEADLINE 等。

4. 調(diào)度器的工作方式

  • 每當(dāng)需要切換進(jìn)程（比如時(shí)間片用完、進(jìn)程阻塞/喚醒、系統(tǒng)調(diào)用等），內(nèi)核會(huì)調(diào)用調(diào)度器的相關(guān)函數(shù)（如 schedule()）。
  • 調(diào)度器會(huì)根據(jù)當(dāng)前所有可運(yùn)行進(jìn)程的狀態(tài)和優(yōu)先級(jí)，選擇下一個(gè)要運(yùn)行的進(jìn)程。

5. 調(diào)度策略的含義

  • 調(diào)度策略是調(diào)度器內(nèi)部支持的不同算法，比如：
    • SCHED_OTHER（CFS，普通進(jìn)程）
    • SCHED_FIFO、SCHED_RR（實(shí)時(shí)進(jìn)程）
    • SCHED_DEADLINE（實(shí)時(shí) deadline）
  • 用戶和程序可以通過系統(tǒng)調(diào)用（如 sched_setscheduler）選擇進(jìn)程的調(diào)度策略。

6. 總結(jié)

Linux 進(jìn)程調(diào)度器不是進(jìn)程，而是內(nèi)核中的一套調(diào)度算法和實(shí)現(xiàn)代碼。它負(fù)責(zé)管理和切換所有進(jìn)程的運(yùn)行，是操作系統(tǒng)的核心組成部分。

Linux 系統(tǒng)運(yùn)行過程中是有多個(gè)調(diào)度器在工作嗎？

你的問題是：“Linux 系統(tǒng)運(yùn)行過程中是有多個(gè)調(diào)度器在工作嗎？”
簡(jiǎn)短回答：

不是有多個(gè)調(diào)度器在工作，而是有一個(gè)統(tǒng)一的調(diào)度框架，支持多種調(diào)度策略。所有 CPU（核）都用同一套調(diào)度器代碼，但可以為不同進(jìn)程/線程選擇不同的調(diào)度策略。

1. 調(diào)度器的整體結(jié)構(gòu)

  • Linux 只有一個(gè)調(diào)度器框架（scheduler framework），它是內(nèi)核的一部分，負(fù)責(zé)所有進(jìn)程/線程的調(diào)度。
  • 這個(gè)調(diào)度器框架支持多種調(diào)度策略（如 CFS、實(shí)時(shí)、deadline），這些策略在同一個(gè)調(diào)度器框架下協(xié)同工作。

2. 多核系統(tǒng)的調(diào)度

  • 在多核（SMP）系統(tǒng)中，每個(gè) CPU（核）都有自己的就緒隊(duì)列（runqueue），但調(diào)度器的實(shí)現(xiàn)代碼是同一套。
  • 每個(gè) CPU 都會(huì)獨(dú)立運(yùn)行調(diào)度器的調(diào)度邏輯（比如定時(shí)器中斷觸發(fā) schedule()），但用的都是同樣的調(diào)度器代碼。
  • 進(jìn)程/線程可以在不同 CPU 之間遷移（load balance），這也是調(diào)度器負(fù)責(zé)的。

3. 多種調(diào)度策略的協(xié)作

  • 調(diào)度器支持多種調(diào)度策略，比如：
    • CFS（普通進(jìn)程，SCHED_OTHER）
    • 實(shí)時(shí)調(diào)度（SCHED_FIFO、SCHED_RR）
    • Deadline 調(diào)度（SCHED_DEADLINE）
  • 每個(gè)進(jìn)程/線程可以選擇自己的調(diào)度策略，調(diào)度器會(huì)根據(jù)優(yōu)先級(jí)和策略統(tǒng)一管理。
  • 例如，實(shí)時(shí)進(jìn)程優(yōu)先于普通進(jìn)程，deadline 進(jìn)程有自己的調(diào)度規(guī)則。

4. 源碼結(jié)構(gòu)

  • 主要在 kernel/sched/ 目錄下，不同文件實(shí)現(xiàn)不同策略，但都屬于同一個(gè)調(diào)度器框架。
  • 例如：
    • fair.c：CFS
    • rt.c：實(shí)時(shí)
    • deadline.c：deadline
    • core.c：調(diào)度器核心框架

5. 總結(jié)

  • Linux 只有一個(gè)調(diào)度器框架，但支持多種調(diào)度策略。
  • 所有 CPU 都用同一套調(diào)度器代碼，每個(gè)進(jìn)程/線程可以選擇不同的調(diào)度策略。
  • 不是“多個(gè)調(diào)度器”并行工作，而是“一個(gè)調(diào)度器支持多種策略”。

一個(gè)進(jìn)程是怎么選擇不同的調(diào)度策略的

非常好的問題！
一個(gè)進(jìn)程如何選擇不同的調(diào)度策略？
這涉及到用戶空間和內(nèi)核空間的接口，以及調(diào)度器的實(shí)現(xiàn)。下面詳細(xì)解答：

1. 什么是調(diào)度策略？

Linux 支持多種調(diào)度策略（policy），常見的有：

  • SCHED_OTHER（也叫 SCHED_NORMAL，CFS，普通進(jìn)程）
  • SCHED_FIFO（實(shí)時(shí)，先進(jìn)先出）
  • SCHED_RR（實(shí)時(shí)，時(shí)間片輪轉(zhuǎn)）
  • SCHED_BATCH（批處理）
  • SCHED_IDLE（空閑進(jìn)程）
  • SCHED_DEADLINE（實(shí)時(shí) deadline）

2. 進(jìn)程如何選擇/更改調(diào)度策略？

A. 通過系統(tǒng)調(diào)用

  • 主要有兩個(gè)相關(guān)系統(tǒng)調(diào)用：
    • sched_setscheduler(pid, policy, &param)
      設(shè)置指定進(jìn)程的調(diào)度策略和優(yōu)先級(jí)
    • sched_setparam(pid, &param)
      只設(shè)置優(yōu)先級(jí)，不改變策略

示例代碼：

#include <sched.h>
struct sched_param param;
param.sched_priority = 80; // 1~99 for real-time
sched_setscheduler(0, SCHED_FIFO, &param); // 把當(dāng)前進(jìn)程設(shè)置為實(shí)時(shí)FIFO策略

B. 通過命令行工具

  • chrt 命令可以在 shell 下設(shè)置進(jìn)程的調(diào)度策略和優(yōu)先級(jí)：
chrt -f -p 80 1234   # 把 PID 1234 設(shè)置為 SCHED_FIFO，優(yōu)先級(jí)80
chrt -r 50 myprog    # 以 SCHED_RR 策略、優(yōu)先級(jí)50啟動(dòng) myprog
  • nice/renice 只能調(diào)整普通進(jìn)程的 nice 值，不能切換到實(shí)時(shí)策略。

3. 新進(jìn)程的策略繼承

  • fork() 出來的子進(jìn)程會(huì)繼承父進(jìn)程的調(diào)度策略和優(yōu)先級(jí)。
  • exec() 不會(huì)改變調(diào)度策略。

4. 內(nèi)核如何實(shí)現(xiàn)？

  • 每個(gè)進(jìn)程的 task_struct 結(jié)構(gòu)體里有 policy 字段，記錄當(dāng)前調(diào)度策略。
  • 系統(tǒng)調(diào)用 sched_setscheduler 會(huì)檢查權(quán)限（只有 root 可以設(shè)置實(shí)時(shí)策略），然后修改 policy 字段，并調(diào)整優(yōu)先級(jí)。
  • 調(diào)度器根據(jù) policy 字段決定該進(jìn)程用哪種調(diào)度算法。

5. 權(quán)限限制

  • 只有 root 用戶才能把進(jìn)程設(shè)置為實(shí)時(shí)調(diào)度（SCHED_FIFO、SCHED_RR、SCHED_DEADLINE），普通用戶只能用 SCHED_OTHER、SCHED_BATCH、SCHED_IDLE。

6. 查看進(jìn)程的調(diào)度策略

  • ps -eo pid,cmd,policy
  • chrt -p <pid>

7. 總結(jié)

進(jìn)程可以通過系統(tǒng)調(diào)用（如 sched_setscheduler）或 chrt 命令選擇/更改自己的調(diào)度策略。調(diào)度策略決定了進(jìn)程在調(diào)度器中的優(yōu)先級(jí)和調(diào)度方式。

像在 shell 中運(yùn)行的進(jìn)程， 調(diào)度策略是怎么被選擇的

非常好的問題！
在 shell（比如 bash、zsh）中直接運(yùn)行的進(jìn)程，它的調(diào)度策略是怎么被選擇的？

1. 默認(rèn)調(diào)度策略是什么？

  • 在 shell 中直接運(yùn)行的進(jìn)程（比如你輸入 ls、vim、python 等），
  • 默認(rèn)使用的是 SCHED_OTHER（也叫 SCHED_NORMAL，即 CFS 完全公平調(diào)度器）。
  • 這種策略適用于絕大多數(shù)普通用戶進(jìn)程。

2. 為什么是 SCHED_OTHER？

  • shell 啟動(dòng)新進(jìn)程時(shí)，調(diào)用的是 fork() + exec()。
  • 新進(jìn)程會(huì)繼承父進(jìn)程（即 shell 本身）的調(diào)度策略。
  • shell 進(jìn)程本身也是普通用戶進(jìn)程，默認(rèn)就是 SCHED_OTHER。
  • 所以，你在 shell 里運(yùn)行的所有普通命令，默認(rèn)都是 SCHED_OTHER。

3. 優(yōu)先級(jí)（nice 值）如何確定？

  • 默認(rèn) nice 值是 0（可以用 nice 命令調(diào)整）。
  • 你可以用 nice -n 10 command 讓進(jìn)程以較低優(yōu)先級(jí)運(yùn)行。
  • 但這不會(huì)改變調(diào)度策略，仍然是 SCHED_OTHER，只是優(yōu)先級(jí)（nice）變了。

4. 如何在 shell 里改變調(diào)度策略？

  • 普通用戶不能直接用 shell 改為實(shí)時(shí)調(diào)度策略（SCHED_FIFO、SCHED_RR），需要 root 權(quán)限。
  • 可以用 chrt 命令（需要 root）：
sudo chrt -f 80 ./myprog   # 以 SCHED_FIFO 策略、優(yōu)先級(jí)80運(yùn)行
  • 也可以用 nice 調(diào)整普通進(jìn)程的優(yōu)先級(jí)：
nice -n 10 ./myprog        # 以較低優(yōu)先級(jí)運(yùn)行

5. 查看當(dāng)前進(jìn)程的調(diào)度策略

  • 用 ps -eo pid,cmd,policy 或 chrt -p <pid> 可以看到進(jìn)程的調(diào)度策略。

6. 總結(jié)

在 shell 中直接運(yùn)行的進(jìn)程，默認(rèn)調(diào)度策略是 SCHED_OTHER（CFS），優(yōu)先級(jí)由 nice 值決定。只有通過 chrt（需要 root）等方式才能讓進(jìn)程使用實(shí)時(shí)調(diào)度策略。

Linux 調(diào)度策略有多個(gè)， 那 cpu 輪轉(zhuǎn)的時(shí)候具體選擇哪個(gè)策略呢？

Linux 支持多種調(diào)度策略（如 SCHED_OTHER、SCHED_FIFO、SCHED_RR、SCHED_DEADLINE），那 CPU 輪轉(zhuǎn)（調(diào)度）時(shí)，內(nèi)核是如何選擇用哪個(gè)策略的？

1. 調(diào)度器的“分層”選擇機(jī)制

Linux 調(diào)度器采用分層優(yōu)先級(jí)的方式來管理不同策略的進(jìn)程：

A. 實(shí)時(shí)優(yōu)先，普通次之

  1. 實(shí)時(shí)進(jìn)程（SCHED_FIFO、SCHED_RR、SCHED_DEADLINE）

    • 優(yōu)先級(jí)最高。只要有可運(yùn)行的實(shí)時(shí)進(jìn)程，調(diào)度器一定優(yōu)先調(diào)度實(shí)時(shí)進(jìn)程。
    • 多個(gè)實(shí)時(shí)進(jìn)程之間，再根據(jù)各自的策略和優(yōu)先級(jí)排序。

  2. 普通進(jìn)程（SCHED_OTHER、SCHED_BATCH、SCHED_IDLE）

    • 只有在沒有可運(yùn)行的實(shí)時(shí)進(jìn)程時(shí)，調(diào)度器才會(huì)選擇普通進(jìn)程。
    • 普通進(jìn)程之間再用 CFS（完全公平調(diào)度器）等算法排序。

2. 調(diào)度器的選擇流程（簡(jiǎn)化版）

每當(dāng)需要調(diào)度（比如時(shí)間片用完、進(jìn)程阻塞/喚醒、系統(tǒng)調(diào)用等），調(diào)度器會(huì)：

  1. 檢查所有可運(yùn)行的實(shí)時(shí)進(jìn)程隊(duì)列

    • 如果有 SCHED_DEADLINE 進(jìn)程，先選 deadline 最早的。
    • 否則，檢查 SCHED_FIFO/SCHED_RR 隊(duì)列，按優(yōu)先級(jí)（1~99）從高到低選擇。
    • SCHED_FIFO：同優(yōu)先級(jí)下先到先服務(wù)，直到主動(dòng)讓出 CPU。
    • SCHED_RR：同優(yōu)先級(jí)下輪流分配時(shí)間片。

  2. 如果沒有可運(yùn)行的實(shí)時(shí)進(jìn)程

    • 選擇普通進(jìn)程隊(duì)列（CFS），按 vruntime（虛擬運(yùn)行時(shí)間）最小的進(jìn)程調(diào)度。
    • SCHED_BATCH、SCHED_IDLE 進(jìn)程優(yōu)先級(jí)更低，只有系統(tǒng)空閑時(shí)才會(huì)被調(diào)度。

3. 多核系統(tǒng)的情況

  • 每個(gè) CPU 都有自己的就緒隊(duì)列，但調(diào)度器的選擇邏輯是一樣的。
  • 進(jìn)程可以在不同 CPU 之間遷移，調(diào)度器會(huì)做負(fù)載均衡。

4. 源碼入口

  • 主要在 kernel/sched/core.c 的 pick_next_task() 函數(shù)。
  • 偽代碼邏輯如下：
if (有可運(yùn)行的 SCHED_DEADLINE 進(jìn)程)
    選 deadline 最早的
else if (有可運(yùn)行的 SCHED_FIFO/SCHED_RR 進(jìn)程)
    選優(yōu)先級(jí)最高的實(shí)時(shí)進(jìn)程
else
    選 CFS 隊(duì)列中 vruntime 最小的普通進(jìn)程

5. 總結(jié)

CPU 輪轉(zhuǎn)時(shí)，Linux 調(diào)度器總是優(yōu)先選擇實(shí)時(shí)策略（SCHED_DEADLINE > SCHED_FIFO/RR）的進(jìn)程。如果沒有實(shí)時(shí)進(jìn)程，才會(huì)選擇普通策略（SCHED_OTHER/CFS）的進(jìn)程。每種策略內(nèi)部再按各自規(guī)則排序。

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