资讯详情

Linux 调度类（sched_class）

总览与优先级顺序

Linux 内核把不同调度策略的实现抽象为若干调度类（sched_class），平台按固定顺序遍历这些类来选择下一个运行任务。常见的类及顺序是：

• stop_sched_class（最高优先级，用于内核“停止/停机”场景）
• dl_sched_class （SCHED_DEADLINE，基于 EDF/CBS 的实时到期调度）
• rt_sched_class （SCHED_FIFO / SCHED_RR，基于优先级的实时调度）
• fair_sched_class （CFS，普通任务/批处理的公平调度）
• idle_sched_class（最低优先级，CPU 空闲线程）
  

内核中对应的声明示例：

extern const struct sched_class stop_sched_class;
extern const struct sched_class dl_sched_class;
extern const struct sched_class rt_sched_class;
extern const struct sched_class fair_sched_class;
extern const struct sched_class idle_sched_class;

sched_class 抽象（接口与职责）

每个调度类借助 struct sched_class 提供一组回调函数，常见接口包括：
enqueue_task / dequeue_task：把任务放入/移出该类的就绪结构。
pick_next_task：从该类中选择下一个要运行的 task_struct*（scheduler 调度时首要调用）。
task_tick：tick 时类特有的处理（如 RR 换位、CFS 更新 vruntime）。
get_rr_interval：只对带时间片的实时轮转（SCHED_RR）有意义。
balance / select_task_rq / migrate_task_rq / task_woken / set_cpus_allowed：仅在 SMP 下由类实现与负载均衡和迁移相关的策略。
switched_from / switched_to / prio_changed：切换或优先级变化时的处理（注意 switched_from 可能释放 rq->lock，pair 是由 p->pi_lock 串行化）。
否支持 uclamp。就是uclamp_enabled（条件编译项）：类

enqueue_task / dequeue_task：把任务放入/移出该类的就绪结构。
pick_next_task：从该类中选择下一个要运行的 task_struct*（scheduler 调度时首要调用）。
task_tick：tick 时类特有的处理（如 RR 换位、CFS 更新 vruntime）。
get_rr_interval：只对带时间片的实时轮转（SCHED_RR）有意义。
balance / select_task_rq / migrate_task_rq / task_woken / set_cpus_allowed：仅在 SMP 下由类达成与负载均衡和迁移相关的策略。
由 p->pi_lock 串行化）。就是switched_from / switched_to / prio_changed：切换或优先级变化时的处理（注意 switched_from 可能释放 rq->lock，pair
uclamp_enabled（条件编译项）：类是否支持 uclamp。

各调度类详解

1) stop_sched_class

• 用途：处理内核的 stop/停止样例（如 stop_machine、CPU 热插拔相关的短期“阻塞/停止”任务）。
• 特点：优先级最高，短期任务，确保内核关键工作能抢占其他用户任务。

2) dl_sched_class（SCHED_DEADLINE）

• 用途：实现 SCHED_DEADLINE 策略，支持实时任务的最早截止优先（EDF）与带宽保护（Capacity / CBS）。
• 数据结构：dl_entity、dl_rq，记录 runtime、deadline、period。
• 行为：选取最早 deadline 的可运行任务；调度时需保证任务不超出其 runtime（会拒绝或回退调度申请以保护其它任务）。
• 适用场景：严格实时任务、需要签订带宽的场景（多媒体、控制系统等）。

3) rt_sched_class（SCHED_FIFO / SCHED_RR）

• 用途：传统实时策略，基于静态优先级（0–99）。SCHED_FIFO：先到先运行直到阻塞/自愿让出；SCHED_RR：同优先级轮转时间片。
• 数据结构：按优先级分队列 + 优先级位图（bitmap）以快速找到最高优先级任务。
• 特点：优先级高于 CFS，被 RT 任务占满时会阻塞普通任务；对响应性要求高，但可导致优先级反转疑问（需使用优先级继承等机制）。
• 调度与抢占：RT 任务一旦就绪通常会抢占低优先级任务。rr 使用 timeslice（sched_rr_timeslice_ms）进行轮转。

4) fair_sched_class（CFS：完全公平调度器）

• 用途：Linux 默认普通进程/线程的调度（SCHED_OTHER、SCHED_BATCH 等）。
• 核心思想：以虚拟运行时间（vruntime）衡量“占用份额”，把 CPU 时间尽可能公平地分配给 runnable 实体。
• 关键数据结构：
  • struct sched_entity：表示可调度实体（任务或任务组）。
  • struct cfs_rq：维护红黑树（rb_tree）按 vruntime 排序；跟踪 min_vruntime、load weight、runnable sum。
• 时钟与片段：通过 sched_latency、min_granularity、nice 权重影响时间片大小（较重的进程获得更多 CPU 时间）。
• 负载均衡：有复杂的跨 CPU 平衡策略（pull/push、负载递归域 balance_domains），支持 cgroup/V2 的层级公平调度（hierarchical scheduling）。
• 优点：整体公平与可伸缩；缺点：复杂度高，调优点多（如响应短任务的最小粒度）。

5) idle_sched_class

• 用途：当无其他任务可运行时，运行每个 CPU 的 idle 线程。
• 特点：最低优先级，通常进入节能/空闲循环。

调度决策流程要点（高层）

1. 就绪/唤醒：唤醒时会调用相应调度类的 enqueue_task，并可能触发 check_preempt_curr 来判断是否立刻抢占。
2. 选择任务：调度器（pick_next_task_fair 等）会按调度类顺序调用每个类的 pick_next_task，第一类返回非 NULL 的任务即被选中（即高优先级类优先）。
3. 切换与时钟片：调用 put_prev_task / set_curr_task / task_tick 等维护数据与切片逻辑。
4. 迁移/均衡：负载均衡逻辑会在必要时移动任务或调整 runqueue（不同类有不同的均衡策略）。

策略与系统调用

• 政策设置：sched_setscheduler（SCHED_FIFO / SCHED_RR / SCHED_OTHER 等）、sched_setattr（包含 SCHED_DEADLINE 参数）。
• 查看/调试：/proc//sched、/proc/sched_debug、chrt、schedtool；可以用 ps -o pid,comm,policy,rtprio。