第八讲 多处理器调度

提纲

1. BFS调度器

2. BFS 与 CFS 的性能对比 (2012)

Ref: Analysis of the BFS Scheduler in FreeBSD

BFS 的思路

BFS全称：Brain Fuck Scheduler，脑残调度器

• BFS 调度算法是一种时间片轮转算法的变种。
• 在多处理机时使用单就绪队列（双向链表）
  • 增加了队列互斥访问的开销
  • 减少了负载均衡算法开销

BFS 的进程优先级

• 进程有 103 个优先级
  • 100 个静态的实时优先级；
  • 3 个普通优先级
    • SCHED_ISO (isochronous) : 交互式任务
    • SCHED_NORMAL : 普通任务
    • SCHED_IDLEPRIO ：低优先级任务

BFS 的就绪队列

• 就绪队列
  • 所有 CPU 共享一个双向链表结构的单就绪队列；
  • 所有进程按优先级排队；
  • 相同优先级的每个进程有一个时间片长度和虚拟截止时间；

BFS 的时间片

• 时间片大小：由算法参数指定，可在 1ms 到 1000ms 间选择，缺省设置为 6ms；
• 虚拟截止时间（Virtual Deadline）：关于就绪队列中进程等待 CPU 最长时间的排序，并不是真实的截止时间；
  • 进程时间片用完时，重新计算虚拟截止时间；
  • 事件等待结束时，虚拟截止时间保持不变，以抢先相同优先级的就绪进程；
  • 为了让进程在上次运行的 CPU 上运行（亲和性），不同 CPU 对进程的虚拟截止时间加一个权重；

BFS 的虚拟截止时间计算

• 依据当前时间、进程优先级和时间片设置计算；

• niffies是当前时间；prio_ratios[priority]是一个常量数组，不同的priority对应不同的prio_ratios[priority]；rr_interval是timeslice，是CPU分配给每个任务的时间片，是一个常数

• 虚拟截止时间计算结果：https://wikimili.com/en/Brain_Fuck_Scheduler

BFS 的调度思路

使用O(1)调度器中的位图概念，所有进程被安排到103个queue中，各个进程不是按照优先级而是按照优先级区间被排列到各自所在的区间，每一个区间拥有一个queue。

BFS 的调度思路

按照O(1)调度器的方式首先查找位图中不为0的那个queue，然后在该queue中执行$O(n)$查找，查找到virtual deadline最小的那个进程投入执行。

BFS 的就绪队列插入

• 时间片用完：重新设置虚拟截止时间后，插入就绪队列；
• 等待事件出现：虚拟截止时间保持不变，抢先低优先级进程或插入就绪队列；

提纲

1. BFS调度器

2. BFS 与 CFS 的性能对比 (2012)

Ref: Analysis of the BFS Scheduler in FreeBSD

BFS 与 CFS 的性能对比 (2012)

测试用例集

• Linux kernel v3.6.2.2 的 GCC 编译
• Linux kernel v3.6.2 内核源代码树的 lrzip 压缩
• 从 720p 到 360p 的 MPEG2 视频 ffmpeg 压缩

BFS 与 CFS 的性能对比: 压缩测试

BFS 与 CFS 的性能对比: 测试编译

BFS 与 CFS 的性能对比: 视频编码测试

最早可执行虚拟截止时间优先调度算法EEVDF

延迟敏感进程较多时，EEVDF(Earliest Eligible Virtual Deadline First)可显著降低调度延迟，提高响应速度，而不会牺牲吞吐量和能耗。

参考文献

• http://repo-ck.com/bench/cpu_schedulers_compared.pdf
• https://zhuanlan.zhihu.com/p/351876567
• https://blog.csdn.net/dog250/article/details/7459533
• https://www.cnblogs.com/dragonsuc/p/7144265.html