2. CPU域（Scheduling Domain）基础：CPU拓扑结构、sched_domain与sched_group的层次化组织

CPU调度域（Scheduling Domain）是Linux内核实现负载均衡与跨CPU迁移的核心抽象层。它通过将物理CPU拓扑结构映射为层次化的sched_domain与sched_group数据结构，使调度器能够感知CPU之间的缓存共享、内存访问延迟和物理距离，从而做出最优的迁移决策。

2.1 CPU拓扑结构：从物理布局到内核视图

现代多核/多路服务器CPU的物理拓扑通常包含以下层级：

内核通过arch_init_sched_domain_topology()函数读取ACPI/SRAT表或设备树，构建出上述拓扑的CPU位图表示。每个层级对应一个sched_domain_topology_level结构体，其中包含该层级的CPU掩码和跨度信息。

2.2 sched_domain：调度域的层次化组织

sched_domain是调度域的核心数据结构，每个CPU都拥有一个指向其所属域层次结构的指针。域之间通过parent和child指针形成树状关系。

// 内核源码：kernel/sched/sched.h (简化结构)
struct sched_domain {
    struct sched_domain *parent;    // 父域（更高层次）
    struct sched_domain *child;     // 子域（更低层次）
    struct sched_group *groups;     // 该域内的调度组链表
    unsigned long span[NR_CPUS];    // 该域覆盖的CPU位图
    int level;                      // 域层级（0=最底层）
    unsigned int flags;             // 域特性标志
    unsigned int imbalance_pct;     // 负载不均衡百分比阈值
    unsigned long max_newidle_lb_cost; // 最大空闲负载均衡开销
    ...
};

域层次结构的构建遵循自底向上原则：

1. 最底层（level=0）：每个物理核心内的超线程组成一个域，共享L1/L2缓存。
2. 中间层：多个核心共享L3缓存的Cluster组成一个域。
3. 顶层：跨NUMA节点的所有CPU组成系统域。

每个域都包含一组标志位（flags），用于控制该层级的负载均衡行为：

2.3 sched_group：负载均衡的基本单元

每个sched_domain内部被划分为多个sched_group，组是负载均衡操作中实际进行任务迁移的粒度。调度器比较同一域内不同组之间的负载差异，决定是否将任务从一个组迁移到另一个组。

// 内核源码：kernel/sched/sched.h (简化结构)
struct sched_group {
    struct sched_group *next;       // 组链表中的下一个组
    unsigned long group_capacity;   // 组的计算容量
    unsigned long group_weight;     // 组内CPU数量
    unsigned long cpumask[NR_CPUS]; // 组覆盖的CPU位图
    unsigned int group_id;          // 组标识符
    ...
};

组的划分规则与域层级密切相关：

• 在SMT域：每个物理核心内的超线程集合为一个组。
• 在Core域：每个物理核心为一个组。
• 在Cluster域：每个L3缓存共享域为一个组。
• 在NUMA域：每个NUMA节点为一个组。

组之间通过next指针形成环形链表，调度器遍历该链表收集各组的负载统计信息。

2.4 层次化组织与负载均衡流程

下图展示了从物理CPU拓扑到调度域/调度组的完整映射关系，以及负载均衡的逐层扩散路径：

2.5 关键数据结构关系总结

下表总结了sched_domain与sched_group在负载均衡中的角色差异：

2.6 实战：查看当前系统的调度域层次

通过以下命令可以快速获取当前系统的调度域拓扑信息：

# 查看CPU拓扑结构
lscpu -e

# 查看调度域层次（需要root权限）
cat /proc/schedstat | grep domain

# 更详细的调试接口（内核需开启CONFIG_SCHED_DEBUG）
cat /sys/kernel/debug/sched/domains/cpu0/domain*/name
cat /sys/kernel/debug/sched/domains/cpu0/domain*/flags
cat /sys/kernel/debug/sched/domains/cpu0/domain*/imbalance_pct

输出示例（4核8线程系统）：

CPU NODE SOCKET CORE L1d:L1i:L2 L3
0   0    0      0    0:0:0:0     0
1   0    0      0    0:0:0:0     0
2   0    0      1    1:1:1:1     0
3   0    0      1    1:1:1:1     0
4   0    0      2    2:2:2:2     0
5   0    0      2    2:2:2:2     0
6   0    0      3    3:3:3:3     0
7   0    0      3    3:3:3:3     0

从输出可以看出：CPU 0和1共享同一个物理核心（Core 0），属于同一个SMT域；CPU 0-3共享L3缓存（Cluster 0），属于同一个Cluster域。