2. 调度实体与调度组：task_struct 中的调度字段、调度组（task_group）的概念、组调度与带宽控制

在 CFS 调度器的设计中，调度的基本单位并非直接是进程（task），而是调度实体（Scheduling Entity, sched_entity）。这一抽象层使得 CFS 能够统一调度单个进程和进程组，为组调度（Group Scheduling）和带宽控制（Bandwidth Control）奠定了数据结构基础。

2.1 task_struct 中的调度字段

每个进程在内核中对应一个 task_struct 结构体，其中包含了与 CFS 调度直接相关的关键字段。这些字段是调度器进行虚拟时间计算、入队出队、负载跟踪的依据。

其中 se（sched_entity）是 CFS 调度的核心，其内部结构如下：

struct sched_entity {
    struct load_weight      load;           // 调度权重，由 nice 值映射
    struct rb_node          run_node;       // 红黑树节点
    struct list_head        group_node;     // 组调度链表节点
    unsigned int            on_rq;          // 是否在运行队列中
    u64                     vruntime;       // 虚拟运行时间（核心指标）
    u64                     prev_sum_exec_runtime; // 上次调度时的总执行时间
    u64                     sum_exec_runtime;      // 总执行时间
    u64                     nr_migrations;  // 迁移次数
    struct sched_avg        avg;            // PELT 负载跟踪数据
};

2.2 调度组（task_group）的概念

调度组（task_group）是 CFS 实现组调度的核心数据结构。它允许将多个进程组织成一个逻辑组，组内的所有进程共享一个 CPU 时间配额。组调度使得资源隔离和容器化成为可能。

每个 task_group 包含以下关键元素：

• 自己的调度实体：在父调度组或根任务组的红黑树中，该组以一个 sched_entity 的身份参与调度。
• 自己的运行队列：组内包含一个 CFS 运行队列（cfs_rq），用于管理组内进程的调度。
• 权重与配额：组可以设置 cpu.shares（权重）和 cpu.cfs_quota_us/cpu.cfs_period_us（带宽限制）。

下图展示了根任务组与两个子调度组之间的层级关系：

2.3 组调度与带宽控制

组调度解决了资源隔离问题，而带宽控制则解决了资源上限问题。两者结合，构成了 Linux 容器 CPU 资源管理的完整方案。

2.3.1 组调度的核心机制

组调度的实现基于以下原理：

1. 层级时间分配：调度器先按权重在根任务组和子组之间分配时间，子组再在其内部进程间分配时间。
2. 嵌套红黑树：每个 cfs_rq 维护自己的红黑树，组调度实体作为父级红黑树的节点。
3. 权重传播：子组的权重会向上传播到父组，影响父组在更高层级中的时间分配。

2.3.2 带宽控制参数

带宽控制通过 CGroup 的 CPU 子系统实现，主要参数如下：

带宽控制的工作流程如下：

2.3.3 带宽控制配置示例

以下示例展示如何通过 CGroup 限制一个容器组使用 2 个 CPU 核心（200ms/100ms 周期）：

# 创建 CGroup
mkdir -p /sys/fs/cgroup/cpu/my_container

# 设置带宽限制：每 100ms 周期最多运行 200ms（即 2 个 CPU 核心）
echo 200000 > /sys/fs/cgroup/cpu/my_container/cpu.cfs_quota_us
echo 100000 > /sys/fs/cgroup/cpu/my_container/cpu.cfs_period_us

# 设置权重（与其他组相比的相对比例）
echo 2048 > /sys/fs/cgroup/cpu/my_container/cpu.shares

# 将进程加入组
echo 1234 > /sys/fs/cgroup/cpu/my_container/cgroup.procs

# 查看带宽控制统计
cat /sys/fs/cgroup/cpu/my_container/cpu.stat
# 输出示例：
# nr_periods 0
# nr_throttled 0
# throttled_time 0

2.4 调度实体与调度组的性能影响

理解调度实体和调度组的结构，对于性能调优至关重要：