Linux 进程调度全知道

Linux 进程调度器是一个进程吗？ 还是一个策略

Linux 进程调度器（scheduler）不是一个进程，而是一套内核中的调度策略和相关代码的总称。

1. 调度器不是进程

  • 调度器不是一个进程，它没有自己的 PID，也不会出现在 ps/top 等进程列表中。
  • 它是内核代码的一部分，始终运行在内核空间，由内核负责调用和维护。

2. 调度器是什么？

  • 调度器（scheduler）是一套算法和实现代码，决定了在任意时刻哪个进程/线程可以获得 CPU 运行。
  • 它管理所有进程/线程的状态（就绪、运行、阻塞等），并根据优先级、调度策略等因素做出调度决策。

3. 调度器的实现位置

  • 主要代码在 Linux 源码的 kernel/sched/ 目录下，比如：
    • core.c（核心框架）
    • fair.c（CFS 完全公平调度器，普通进程用）
    • rt.c（实时调度器）
    • deadline.c（实时 deadline 调度器）
  • 这些文件实现了不同的调度策略，比如 CFS、SCHED_FIFO、SCHED_RR、SCHED_DEADLINE 等。

4. 调度器的工作方式

  • 每当需要切换进程（比如时间片用完、进程阻塞/唤醒、系统调用等），内核会调用调度器的相关函数（如 schedule()）。
  • 调度器会根据当前所有可运行进程的状态和优先级，选择下一个要运行的进程。

5. 调度策略的含义

  • 调度策略是调度器内部支持的不同算法，比如：
    • SCHED_OTHER（CFS，普通进程）
    • SCHED_FIFO、SCHED_RR（实时进程）
    • SCHED_DEADLINE（实时 deadline）
  • 用户和程序可以通过系统调用（如 sched_setscheduler）选择进程的调度策略。

6. 总结

Linux 进程调度器不是进程，而是内核中的一套调度算法和实现代码。它负责管理和切换所有进程的运行，是操作系统的核心组成部分。

Linux 系统运行过程中是有多个调度器在工作吗？

你的问题是：“Linux 系统运行过程中是有多个调度器在工作吗？”
简短回答：

不是有多个调度器在工作，而是有一个统一的调度框架，支持多种调度策略。所有 CPU（核）都用同一套调度器代码，但可以为不同进程/线程选择不同的调度策略。

1. 调度器的整体结构

  • Linux 只有一个调度器框架（scheduler framework），它是内核的一部分，负责所有进程/线程的调度。
  • 这个调度器框架支持多种调度策略（如 CFS、实时、deadline），这些策略在同一个调度器框架下协同工作。

2. 多核系统的调度

  • 在多核（SMP）系统中，每个 CPU（核）都有自己的就绪队列（runqueue），但调度器的实现代码是同一套。
  • 每个 CPU 都会独立运行调度器的调度逻辑（比如定时器中断触发 schedule()），但用的都是同样的调度器代码。
  • 进程/线程可以在不同 CPU 之间迁移（load balance），这也是调度器负责的。

3. 多种调度策略的协作

  • 调度器支持多种调度策略，比如：
    • CFS（普通进程，SCHED_OTHER）
    • 实时调度（SCHED_FIFO、SCHED_RR）
    • Deadline 调度（SCHED_DEADLINE）
  • 每个进程/线程可以选择自己的调度策略，调度器会根据优先级和策略统一管理。
  • 例如，实时进程优先于普通进程，deadline 进程有自己的调度规则。

4. 源码结构

  • 主要在 kernel/sched/ 目录下，不同文件实现不同策略，但都属于同一个调度器框架。
  • 例如：
    • fair.c：CFS
    • rt.c：实时
    • deadline.c：deadline
    • core.c：调度器核心框架

5. 总结

  • Linux 只有一个调度器框架，但支持多种调度策略。
  • 所有 CPU 都用同一套调度器代码，每个进程/线程可以选择不同的调度策略。
  • 不是“多个调度器”并行工作，而是“一个调度器支持多种策略”。

一个进程是怎么选择不同的调度策略的

非常好的问题！
一个进程如何选择不同的调度策略？
这涉及到用户空间和内核空间的接口，以及调度器的实现。下面详细解答：

1. 什么是调度策略？

Linux 支持多种调度策略（policy），常见的有：

  • SCHED_OTHER（也叫 SCHED_NORMAL，CFS，普通进程）
  • SCHED_FIFO（实时，先进先出）
  • SCHED_RR（实时，时间片轮转）
  • SCHED_BATCH（批处理）
  • SCHED_IDLE（空闲进程）
  • SCHED_DEADLINE（实时 deadline）

2. 进程如何选择/更改调度策略？

A. 通过系统调用

  • 主要有两个相关系统调用：
    • sched_setscheduler(pid, policy, &param)
      设置指定进程的调度策略和优先级
    • sched_setparam(pid, &param)
      只设置优先级，不改变策略

示例代码：

#include <sched.h>
struct sched_param param;
param.sched_priority = 80; // 1~99 for real-time
sched_setscheduler(0, SCHED_FIFO, &param); // 把当前进程设置为实时FIFO策略

B. 通过命令行工具

  • chrt 命令可以在 shell 下设置进程的调度策略和优先级：
chrt -f -p 80 1234   # 把 PID 1234 设置为 SCHED_FIFO，优先级80
chrt -r 50 myprog    # 以 SCHED_RR 策略、优先级50启动 myprog
  • nice/renice 只能调整普通进程的 nice 值，不能切换到实时策略。

3. 新进程的策略继承

  • fork() 出来的子进程会继承父进程的调度策略和优先级。
  • exec() 不会改变调度策略。

4. 内核如何实现？

  • 每个进程的 task_struct 结构体里有 policy 字段，记录当前调度策略。
  • 系统调用 sched_setscheduler 会检查权限（只有 root 可以设置实时策略），然后修改 policy 字段，并调整优先级。
  • 调度器根据 policy 字段决定该进程用哪种调度算法。

5. 权限限制

  • 只有 root 用户才能把进程设置为实时调度（SCHED_FIFO、SCHED_RR、SCHED_DEADLINE），普通用户只能用 SCHED_OTHER、SCHED_BATCH、SCHED_IDLE。

6. 查看进程的调度策略

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

7. 总结

进程可以通过系统调用（如 sched_setscheduler）或 chrt 命令选择/更改自己的调度策略。调度策略决定了进程在调度器中的优先级和调度方式。

像在 shell 中运行的进程， 调度策略是怎么被选择的

非常好的问题！
在 shell（比如 bash、zsh）中直接运行的进程，它的调度策略是怎么被选择的？

1. 默认调度策略是什么？

  • 在 shell 中直接运行的进程（比如你输入 ls、vim、python 等），
  • 默认使用的是 SCHED_OTHER（也叫 SCHED_NORMAL，即 CFS 完全公平调度器）。
  • 这种策略适用于绝大多数普通用户进程。

2. 为什么是 SCHED_OTHER？

  • shell 启动新进程时，调用的是 fork() + exec()。
  • 新进程会继承父进程（即 shell 本身）的调度策略。
  • shell 进程本身也是普通用户进程，默认就是 SCHED_OTHER。
  • 所以，你在 shell 里运行的所有普通命令，默认都是 SCHED_OTHER。

3. 优先级（nice 值）如何确定？

  • 默认 nice 值是 0（可以用 nice 命令调整）。
  • 你可以用 nice -n 10 command 让进程以较低优先级运行。
  • 但这不会改变调度策略，仍然是 SCHED_OTHER，只是优先级（nice）变了。

4. 如何在 shell 里改变调度策略？

  • 普通用户不能直接用 shell 改为实时调度策略（SCHED_FIFO、SCHED_RR），需要 root 权限。
  • 可以用 chrt 命令（需要 root）：
sudo chrt -f 80 ./myprog   # 以 SCHED_FIFO 策略、优先级80运行
  • 也可以用 nice 调整普通进程的优先级：
nice -n 10 ./myprog        # 以较低优先级运行

5. 查看当前进程的调度策略

  • 用 ps -eo pid,cmd,policy 或 chrt -p <pid> 可以看到进程的调度策略。

6. 总结

在 shell 中直接运行的进程，默认调度策略是 SCHED_OTHER（CFS），优先级由 nice 值决定。只有通过 chrt（需要 root）等方式才能让进程使用实时调度策略。

Linux 调度策略有多个， 那 cpu 轮转的时候具体选择哪个策略呢？

Linux 支持多种调度策略（如 SCHED_OTHER、SCHED_FIFO、SCHED_RR、SCHED_DEADLINE），那 CPU 轮转（调度）时，内核是如何选择用哪个策略的？

1. 调度器的“分层”选择机制

Linux 调度器采用分层优先级的方式来管理不同策略的进程：

A. 实时优先，普通次之

  1. 实时进程（SCHED_FIFO、SCHED_RR、SCHED_DEADLINE）

    • 优先级最高。只要有可运行的实时进程，调度器一定优先调度实时进程。
    • 多个实时进程之间，再根据各自的策略和优先级排序。

  2. 普通进程（SCHED_OTHER、SCHED_BATCH、SCHED_IDLE）

    • 只有在没有可运行的实时进程时，调度器才会选择普通进程。
    • 普通进程之间再用 CFS（完全公平调度器）等算法排序。

2. 调度器的选择流程（简化版）

每当需要调度（比如时间片用完、进程阻塞/唤醒、系统调用等），调度器会：

  1. 检查所有可运行的实时进程队列

    • 如果有 SCHED_DEADLINE 进程，先选 deadline 最早的。
    • 否则，检查 SCHED_FIFO/SCHED_RR 队列，按优先级（1~99）从高到低选择。
    • SCHED_FIFO：同优先级下先到先服务，直到主动让出 CPU。
    • SCHED_RR：同优先级下轮流分配时间片。

  2. 如果没有可运行的实时进程

    • 选择普通进程队列（CFS），按 vruntime（虚拟运行时间）最小的进程调度。
    • SCHED_BATCH、SCHED_IDLE 进程优先级更低，只有系统空闲时才会被调度。

3. 多核系统的情况

  • 每个 CPU 都有自己的就绪队列，但调度器的选择逻辑是一样的。
  • 进程可以在不同 CPU 之间迁移，调度器会做负载均衡。

4. 源码入口

  • 主要在 kernel/sched/core.c 的 pick_next_task() 函数。
  • 伪代码逻辑如下：
if (有可运行的 SCHED_DEADLINE 进程)
    选 deadline 最早的
else if (有可运行的 SCHED_FIFO/SCHED_RR 进程)
    选优先级最高的实时进程
else
    选 CFS 队列中 vruntime 最小的普通进程

5. 总结

CPU 轮转时，Linux 调度器总是优先选择实时策略（SCHED_DEADLINE > SCHED_FIFO/RR）的进程。如果没有实时进程，才会选择普通策略（SCHED_OTHER/CFS）的进程。每种策略内部再按各自规则排序。

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