• 本文目录导读：
• 1、基础知识
• 2、调度器实现原理
• 3、优化策略

在操作系统中，调度器是一个非常重要的组件。它负责管理CPU资源，将不同的进程或线程分配到CPU上执行。对于Linux操作系统而言，其内核中默认的调度器是CFS（Completely Fair Scheduler），这个调度器被设计为公平、高效且可扩展的。

本文将深入探究Linux CFS调度器的源代码，并从多个角度来解析其实现原理和优化策略。

基础知识

在开始研究CFS源码之前，我们需要了解一些基础知识。首先是进程和线程的概念。进程是指正在运行中程序的实例，每个进程都有自己独立的地址空间和资源使用情况。而线程则是轻量级进程，在同一个进程内共享相同的地址空间和大部分资源。

另外还需要了解关于时间片（time slice）和时间片轮转算法（Round-Robin Scheduling）等概念。时间片指CPU分配给某个任务使用的最小时间单位；而时间片轮转算法则是将每个任务按顺序执行一个固定长度为t时长（即时间片），当所有任务都执行完一遍后重新开始新一轮的执行。

调度器实现原理

CFS调度器是一种基于红黑树（Red-Black Tree）实现的抢占式调度器。每个进程或线程都有一个对应的进程控制块（PCB），其中包含了其运行状态、优先级和时间片等信息。CFS将所有可运行的任务按照CPU使用时间长短进行排序，使用红黑树来存储这些任务，并将最长等待CPU资源的任务设为当前运行中任务。

当一个新任务加入到系统中时，CFS会计算其虚拟运行时间（virtual runtime），并插入到红黑树中合适位置。虚拟运行时间实际上是该任务在没有被暂停或阻塞时已经消耗掉的CPU时间，以此来反映该任务需要获得CPU资源的紧急性和优先级。

当一个正在执行中的任务用完了它分配到的时间片后，CFS会将其从红黑树上移除，并重新计算它在下一次执行前需要增加多少虚拟运行时间才能再次参与竞争CPU资源。然后选择下一个等待最久且具有最高优先级（即虚拟运行时间最小）的任务作为当前要执行的任务。

优化策略

为了提高调度器的性能和质量，CFS还采用了一些优化策略。

其中一个是针对多核CPU的负载均衡策略。由于每个CPU都有自己的CFS实例，因此需要设计一种机制来确保各个CPU上运行的进程或线程尽可能均衡。CFS通过调整红黑树中各节点之间的虚拟运行时间关系来达到这个目标。

另外一个优化是针对I/O密集型任务（I/O-bound task）和计算密集型任务（compute-bound task）不同特点而采取不同策略。对于前者，CFS会将其优先级降低以避免浪费CPU资源；而对于后者，则会提高其优先级以尽快完成计算任务。

本文介绍了Linux CFS调度器的基础知识、实现原理和优化策略。可以看出，这是一种非常高效、公平且灵活可扩展的调度器，在Linux操作系统中得到广泛应用。

在接下来的文章中，我们将继续深入探究CFS源码，并分析其中更加复杂和有趣的部分。