3、实时调度策略概览：SCHED_FIFO、SCHED_RR、SCHED_DEADLINE、SCHED_OTHER与SCHED_BATCH对比

嵌入式Linux内核提供了多种调度策略，以满足不同工作负载对实时性、公平性和吞吐量的需求。本章将系统对比五种核心调度策略：SCHED_FIFO、SCHED_RR、SCHED_DEADLINE、SCHED_OTHER 和 SCHED_BATCH，帮助您在实际项目中做出正确的策略选择。

3.1 调度策略分类与适用场景

Linux调度器将进程分为两大类：实时进程（使用SCHED_FIFO、SCHED_RR、SCHED_DEADLINE）和普通进程（使用SCHED_OTHER、SCHED_BATCH、SCHED_IDLE）。实时进程拥有更高的优先级，确保关键任务获得确定的CPU时间。

3.2 五种调度策略核心对比

下表从优先级范围、调度规则、时间片、适用场景等维度进行横向对比：

3.3 调度策略层次结构图

下图展示了Linux内核中调度策略的层次关系与优先级映射：

3.4 各策略详细解析

3.4.1 SCHED_FIFO（先入先出）

SCHED_FIFO是最简单的实时调度策略。一旦获得CPU，任务会一直运行直到：主动调用sched_yield()、被更高优先级任务抢占、或进入阻塞状态（如等待I/O）。同优先级任务按就绪队列顺序执行。

// 设置SCHED_FIFO策略，优先级50
struct sched_param param;
param.sched_priority = 50;
if (sched_setscheduler(0, SCHED_FIFO, &param) == -1) {
    perror("sched_setscheduler failed");
}

3.4.2 SCHED_RR（轮转调度）

SCHED_RR在SCHED_FIFO基础上增加了时间片轮转机制。同优先级的多个RR任务会轮流获得CPU时间片（默认100ms），避免单个任务独占CPU。时间片耗尽后，任务被放到同优先级队列尾部。

// 设置SCHED_RR策略，优先级80，时间片100ms
struct sched_param param;
param.sched_priority = 80;
if (sched_setscheduler(0, SCHED_RR, &param) == -1) {
    perror("sched_setscheduler failed");
}

// 查看当前时间片长度（单位：ns）
int time_slice = sched_rr_get_interval(0, NULL);
printf("RR time slice: %d ns\n", time_slice);

3.4.3 SCHED_DEADLINE（截止时间调度）

SCHED_DEADLINE基于EDF（Earliest Deadline First）算法，是Linux 3.14引入的硬实时调度策略。任务需指定三个参数：Runtime（每次执行所需CPU时间）、Deadline（相对截止时间）、Period（任务周期）。调度器保证在截止时间前完成执行。

// 设置SCHED_DEADLINE参数
// Runtime=10ms, Deadline=30ms, Period=30ms
struct sched_attr attr;
memset(&attr, 0, sizeof(attr));
attr.size = sizeof(attr);
attr.sched_policy = SCHED_DEADLINE;
attr.sched_runtime = 10 * 1000 * 1000;   // 10ms (ns)
attr.sched_deadline = 30 * 1000 * 1000;  // 30ms (ns)
attr.sched_period = 30 * 1000 * 1000;    // 30ms (ns)

if (sched_setattr(0, &attr, 0) == -1) {
    perror("sched_setattr failed");
}

3.4.4 SCHED_OTHER（完全公平调度）

SCHED_OTHER是Linux默认调度策略，基于CFS（Completely Fair Scheduler）算法。CFS维护一个红黑树，按虚拟运行时间（vruntime）排序，每次选择vruntime最小的任务运行。nice值用于调整任务权重，nice值越低，获得的CPU时间越多。

// 设置SCHED_OTHER策略，nice值-5（较高优先级）
struct sched_param param;
param.sched_priority = 0;  // SCHED_OTHER必须为0
if (sched_setscheduler(0, SCHED_OTHER, &param) == -1) {
    perror("sched_setscheduler failed");
}

// 调整nice值
if (setpriority(PRIO_PROCESS, 0, -5) == -1) {
    perror("setpriority failed");
}

3.4.5 SCHED_BATCH（批处理调度）

SCHED_BATCH专为CPU密集型批处理任务设计。它与SCHED_OTHER共享CFS基础，但调度器会减少唤醒抢占行为，让批处理任务运行更长时间，降低上下文切换开销。SCHED_BATCH任务在唤醒时不会立即抢占当前任务，而是等待当前任务时间片用完。

// 设置SCHED_BATCH策略
struct sched_param param;
param.sched_priority = 0;
if (sched_setscheduler(0, SCHED_BATCH, &param) == -1) {
    perror("sched_setscheduler failed");
}

3.5 调度策略选择决策流程

以下SVG流程图帮助您根据任务特性快速选择调度策略：

3.6 调度策略切换与优先级继承

在实际嵌入式系统中，任务可能需要在不同调度策略间切换。例如，一个普通任务在进入关键代码段时临时提升为实时优先级。Linux提供了sched_setscheduler()系统调用实现动态切换。

// 动态切换策略示例：从SCHED_OTHER切换到SCHED_FIFO
struct sched_param param;
param.sched_priority = 60;

// 进入临界区前提升优先级
if (sched_setscheduler(0, SCHED_FIFO, &param) == -1) {
    perror("Failed to enter real-time mode");
}

// ... 执行关键操作 ...

// 退出临界区后恢复普通调度
param.sched_priority = 0;
if (sched_setscheduler(0, SCHED_OTHER, &param) == -1) {
    perror("Failed to leave real-time mode");
}

3.7 性能指标对比总结

3.8 实践建议

• 硬实时任务（如电机FOC控制、激光雷达数据采集）：优先使用SCHED_DEADLINE，确保截止时间可预测。
• 软实时周期性任务（如音频编码、传感器融合）：使用SCHED_FIFO或SCHED_RR，优先级根据周期和重要性分配。
• 非实时后台任务（如日志写入、固件升级）：使用SCHED_BATCH，减少对实时任务的干扰。
• 交互式任务（如命令行、监控UI）：使用SCHED_OTHER，配合nice值调整响应速度。
• 避免混合使用：实时任务和非实时任务应尽量隔离到不同CPU核，或使用cgroup进行资源限制。