虚拟实时

CFS中的虚拟运行时间

2013年4月28日 由 留言 »

一直对CFS（Completely Fair Scheduling，完全公平调度）中的虚拟运行时间（vruntime）不太理解，最近在看cgroup中的cpu子系统算是搞清楚了它是怎么回事。

先简单说一下CFS调度算法的思想：理想状态下每个进程都能获得相同的时间片，并且同时运行在CPU上，但实际上一个CPU同一时刻运行的进程只能有一个。也就是说，当一个进程占用CPU时，其他进程就必须等待。CFS为了实现公平，必须惩罚当前正在运行的进程，以使那些正在等待的进程下次被调度。

具体实现时，CFS通过每个进程的虚拟运行时间（vruntime）来衡量哪个进程最值得被调度。CFS中的就绪队列是一棵以vruntime为键值的红黑树，虚拟时间越小的进程越靠近整个红黑树的最左端。因此，调度器每次选择位于红黑树最左端的那个进程，该进程的vruntime最小。

虚拟运行时间是通过进程的实际运行时间和进程的权重（weight）计算出来的。在CFS调度器中，将进程优先级这个概念弱化，而是强调进程的权重。一个进程的权重越大，则说明这个进程更需要运行，因此它的虚拟运行时间就越小，这样被调度的机会就越大。

那么，在用户态进程的优先级nice值与CFS调度器中的权重又有什么关系？在内核中通过prio_to_weight数组进行nice值和权重的转换。

1staticconst int prio_to_weight[40] = {

2 /* -20 */    88761,     71755,     56483,     46273,     36291,

3 /* -15 */    29154,     23254,     18705,     14949,     11916,

4 /* -10 */     9548,      7620,      6100,      4904,      3906,

5 /*  -5 */     3121,      2501,      1991,      1586,      1277,

6 /*   0 */     1024,       820,       655,       526,       423,

7 /*   5 */      335,       272,       215,       172,       137,

8 /*  10 */      110,        87,        70,        56,        45,

9 /*  15 */       36,        29,        23,        18,        15,

10};

而在内核中，进程的虚拟运行时间是自进程诞生以来进行累加的，每个时钟周期内一个进程的虚拟运行时间是通过下面的方法计算的：

一次调度间隔的虚拟运行时间=实际运行时间*（NICE_0_LOAD/权重）

其中，NICE_0_LOAD是nice为0时的权重。也就是说，nice值为0的进程实际运行时间和虚拟运行时间相同。通过这个公式可以看到，权重越大的进程获得的虚拟运行时间越小，那么它将被调度器所调度的机会就越大。