2. 调度类与调度策略：从内核视角理解任务分类

Linux 内核的调度器并非一个单一的调度算法，而是采用 调度类（Scheduling Class） 的层次化架构。每个调度类负责管理一组具有相同调度策略的任务，并按照优先级顺序被内核调用。理解这五个调度类及其对应的调度策略，是进行 CFS 参数调优的前提。

2.1 调度类层次结构

内核按照严格的优先级顺序遍历调度类，从最高优先级到最低优先级依次为：stop_sched_class、dl_sched_class、rt_sched_class、fair_sched_class、idle_sched_class。只有当高优先级调度类中没有可运行的任务时，才会降级到下一个调度类。

2.2 调度类详解

2.3 调度策略与调度类的映射关系

调度策略是用户空间通过 sched_setscheduler() 系统调用为进程设置的属性。内核根据策略将进程分配到对应的调度类中。并非所有策略都能映射到所有调度类。

2.4 CFS 相关的三种调度策略

虽然 SCHED_NORMAL、SCHED_BATCH 和 SCHED_IDLE 都归属于 fair_sched_class，但它们在 CFS 调度器内部的行为存在显著差异，直接影响 CPU 时间片的分配和抢占行为。

• SCHED_NORMAL (标准策略)： 默认策略。CFS 根据 nice 值计算权重，公平分配 CPU 时间。任务可以主动被更高优先级的任务抢占。
• SCHED_BATCH (批处理策略)： 适用于 CPU 密集型、非交互式任务。CFS 会略微降低该任务的唤醒抢占优先级，减少上下文切换，提升缓存命中率。
• SCHED_IDLE (空闲策略)： 优先级极低，仅在系统 CPU 空闲时才会获得时间片。即使设置了负的 nice 值，其权重仍然低于任何 SCHED_NORMAL 任务。

2.5 查看与设置调度策略

在实际调优过程中，我们经常需要查看或修改进程的调度策略。以下是一些常用命令和系统调用接口。

2.5.1 使用 chrt 命令

# 查看进程的调度策略和优先级
chrt -p 1234

# 将进程设置为 SCHED_BATCH 策略
chrt -b -p 0 1234

# 将进程设置为 SCHED_IDLE 策略
chrt -i -p 0 1234

2.5.2 使用 sched_setscheduler 系统调用

#include <sched.h>
#include <stdio.h>

int main() {
    struct sched_param param;
    param.sched_priority = 0; // SCHED_NORMAL/BATCH/IDLE 优先级必须为 0

    // 设置当前进程为 SCHED_BATCH
    if (sched_setscheduler(0, SCHED_BATCH, &param) == -1) {
        perror("sched_setscheduler");
        return 1;
    }
    printf("Successfully set to SCHED_BATCH\n");
    return 0;
}

2.6 调度类与 CFS 调优的关系

理解调度类层次结构对于 CFS 参数调优至关重要：

1. 优先级隔离： CFS 参数（如 sched_latency_ns、sched_min_granularity_ns）只影响 fair_sched_class 内的任务。实时任务（RT）和 Deadline 任务不受 CFS 参数影响。
2. 饥饿风险： 如果系统中有大量 RT 或 Deadline 任务持续运行，CFS 任务可能长时间无法获得 CPU。此时需要调整 RT 任务的带宽限制（/proc/sys/kernel/sched_rt_runtime_us）。
3. 策略选择： 对于后台批处理任务，使用 SCHED_BATCH 可以减少不必要的抢占，配合 CFS 的 sched_wakeup_granularity_ns 参数可以获得更好的吞吐量。