CFS 调度器

首先简单介绍一下基本的设计思路，CFS思路很简单，就是根据各个进程的权重分配运行时间(权重怎么来的后面再说)。进程的运行时间计算公式为:
分配给进程的运行时间 = 调度周期 * 进程权重 / 所有进程权重之和   (公式1)
调度周期很好理解，就是将所有处于TASK_RUNNING态进程都调度一遍的时间，差不多相当于O(1)调度算法中运行队列和过期队列切换一次的时间（我对O(1)调度算法看得不是很熟，如有错误还望各位大虾指出）。举个例子，比如只有两个进程A, B，权重分别为1和2，调度周期设为30ms，那么分配给A的CPU时间为:30ms * (1/(1+2)) = 10ms,而B的CPU时间为:30ms * (2/(1+2)) = 20ms。那么在这30ms中A将运行10ms，B将运行20ms。
    公平怎么体现呢？它们的运行时间并不一样阿？
    其实公平是体现在另外一个量上面，叫做virtual runtime(vruntime)，它记录着进程已经运行的时间，但是并不是直接记录，而是要根据进程的权重将运行时间放大或者缩小一个比例。
我们来看下从实际运行时间到vruntime的换算公式：

vruntime = 实际运行时间 * 1024 / 进程权重 。 (公式2)

为了不把大家搞晕，这里我直接写1024，实际上它等于nice为0的进程的权重，代码中是NICE_0_LOAD。也就是说，所有进程都以nice为0的进程的权重1024作为基准，计算自己的vruntime增加速度。还以上面AB两个进程为例，B的权重是A的2倍，那么B的vruntime增加速度只有A的一半。现在我们把公式2中的实际运行时间用公式1来替换，可以得到这么一个结果：

vruntime = (调度周期 * 进程权重 / 所有进程总权重) * 1024 / 进程权重 = 调度周期 * 1024 / 所有进程总权重

看出什么眉目没有？没错，虽然进程的权重不同，但是它们的 vruntime增长速度应该是一样的 ，与权重无关。（实际运行时间和权重有关，vruntime也和权重有关，抵消）

好，既然所有进程的vruntime增长速度宏观上看应该是同时推进的，那么就可以用这个vruntime来选择运行的进程，谁的vruntime值较小就说明它以前占用cpu的时间较短，受到了“不公平”对待，因此下一个运行进程就是它。这样既能公平选择进程，又能保证高优先级进程获得较多的运行时间。这就是CFS的主要思想了。

再补充一下权重的来源，权重跟进程nice值之间有一一对应的关系，可以通过全局数组prio_to_weight来转换，nice值越大，权重越低。

下面来分析代码。网上已经有很多cfs的文章，因此我打算换一个方式来写，选择几个点来进行情景分析，包括进程创建时，进程被唤醒，主动调度(schedule)，时钟中断。

介绍代码之前先介绍一下CFS相关的结构。第一个是调度实体sched_entity，它代表一个调度单位，在组调度关闭的时候可以把他等同为进程。每一个task_struct中都有一个sched_entity，进程的vruntime和权重都保存在这个结构中。那么所有的sched_entity怎么组织在一起呢？红黑树。所有的sched_entity以vruntime为key(实际上是以vruntime-min_vruntime为单位，难道是防止溢出？反正结果是一样的)插入到红黑树中，同时缓存树的最左侧节点，也就是vruntime最小的节点，这样可以迅速选中vruntime最小的进程。注意只有等待CPU的就绪态进程在这棵树上，睡眠进程和正在运行的进程都不在树上。我从ibm developer works上偷过来一张图来展示一下它们的关系：