linux cfs是Linux内核中用于进程调度的核心组件，全称为Completely Fair Scheduler，即完全公平调度器，从Linux 2.6.23版本开始成为默认的进程调度器，替代了之前的O(1)调度器。它的设计目标是尽可能公平地为每个可运行的进程分配CPU时间，避免出现某个进程长期占用CPU而其他进程无法得到执行的情况。
linux cfs的核心设计理念
CFS的核心思想是维护一个虚拟运行时间的概念，每个进程都有一个对应的虚拟运行时间vruntime，这个值会随着进程实际占用CPU的时间增加而增长，增长的速度和进程的优先级相关。CFS调度器每次都会选择vruntime最小的进程来运行，这样就能保证所有进程的vruntime增长尽可能均衡，实现公平的CPU时间分配。
vruntime的计算规则
vruntime的计算公式为：vruntime += 实际运行时间 * NICE_0_LOAD / 进程权重。其中NICE_0_LOAD是优先级为0的进程的权重，进程的优先级越低（nice值越大），对应的权重越小，vruntime增长的速度就越快，这样低优先级的进程能分到的CPU时间就会相对更少。
linux cfs的调度流程
CFS调度器的工作流程主要分为几个步骤：
- 维护一个按vruntime排序的红黑树，所有可运行的进程都存储在这个红黑树中，vruntime最小的进程位于树的最左侧
- 当需要进行进程调度时，直接从红黑树的最左侧取出进程，将其设置为当前运行的进程
- 当前进程运行一段时间后，会更新它的vruntime，然后重新插入红黑树中
- 如果当前进程的时间片用完或者有更高优先级的进程需要运行，就会触发新一轮的调度
linux cfs的相关配置参数
用户可以通过/proc/sys/kernel/sched_目录下的相关文件来调整CFS的行为，常见的参数如下：
| 参数名称 | 作用说明 |
|---|---|
| sched_latency_ns | 设置CFS的目标调度延迟，即所有可运行进程至少被调度一次的时间间隔 |
| sched_min_granularity_ns | 设置进程的最小运行时间粒度，避免进程频繁切换导致性能损耗 |
| sched_wakeup_granularity_ns | 设置唤醒进程的粒度，避免刚睡眠的进程被立即唤醒 |
linux cfs的简单代码示例
下面是一个简单的内核模块示例，用于打印当前进程的vruntime信息：
#include <linux/module.h>
#include <linux/sched.h>
#include <linux/sched/cputime.h>
static int __init cfs_demo_init(void)
{
struct task_struct *task;
// 遍历所有进程
for_each_process(task) {
// 打印进程名称和vruntime
printk(KERN_INFO "进程名: %s, vruntime: %llun", task->comm, task->se.vruntime);
}
return 0;
}
static void __exit cfs_demo_exit(void)
{
printk(KERN_INFO "CFS demo模块卸载n");
}
module_init(cfs_demo_init);
module_exit(cfs_demo_exit);
MODULE_LICENSE("GPL");
linux cfs的优势
相比之前的O(1)调度器，CFS的优势非常明显：首先它的公平性更好，不会出现进程饥饿的情况；其次它的算法复杂度稳定，红黑树的插入和删除操作时间复杂度都是O(log n)，适合进程数量较多的场景；另外它的优先级调整逻辑更清晰，通过权重和vruntime的配合就能实现不同优先级进程的CPU时间分配，不需要复杂的优先级计算逻辑。
在实际的Linux系统使用中，大部分场景下CFS都能提供很好的调度性能，只有在一些对实时性要求极高的场景中，才需要切换到实时调度策略，比如SCHED_FIFO或者SCHED_RR，这两种调度策略的优先级高于CFS，会优先得到CPU执行权。