Linux Coscheduling调度器简介

在BFS和MuqSS两个调度器的介绍之后，本文再介绍一种有意思的调度器，即Coscheduling。

一直以来任何技术让人觉得都是 简单为美。 不管是设计上还是实现上。比如操作系统的任务调度算法，从FIFO到CFS以及多级反馈队列，都是能一两句话说清楚并让人理解的，同时其代码实现也是及其精炼的。

最近出来的一个新的调度算法有点不同。它也是可以用一两句话说清楚的，但是在实现上却看上去很复杂。

这就是Coscheduling。

先看介绍：
https://lwn.net/Articles/764482/
本文不会对上文做翻译，只是谈谈自己的理解。

接下来再看看patch：
https://lwn.net/ml/linux-kernel/[email protected]/

我的天，60个patch…

但实际上，这并不意味着这个算法真的是如此复杂，而是在既有的Schedule框架下实现它有点困难。

Linux Coscheduling调度器的思想还是很简单的。

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Coscheduling的本质在于 “一组CPU排他式选择一组task” 。要点如下：

• 一组CPU
  一组CPU按照现代服务器CPU缓存层次化布局来分组，类似Linux调度域那般的CPU分组方式。
• 一组task
  一组进程按照业务逻辑相关性来分组，比如同一个进程的不同线程，同一个用户的不同进程。
• 排他式
  排他式的意思是，同一组的CPU同时只能运行同一个task组内的task或者idle。

下面是一个示意图：

我们来看看Coscheduling调度器解决了哪些问题，其应用场景是什么。来自patch介绍中的说明：

Coscheduling倾向于将一个调度组的CPU资源作为一个整体调度执行一组task。

这是 并行操作系统调度 的正确思路，和传统的Linux调度器核心是孑然不同的。传统的Linux调度器，$O(1)$调度器也好，CFS也罢，其核心还是在于 一个CPU选择一个task ，然后显式的在多个CPU之间做rebalance。虽然Linux内核实现了组调度，但却没有实现组CPU。

换句话说， 现代Linux，现代Windows等现代操作系统内核对待多CPU平台的态度相当于对待多个单CPU平台的叠加。

Coscheduling的不同在于，调度行为基于组来进行，形成task和CPU之间的排他式多对多映射而不是一对一映射。全局最优解在调度过程中产生，而不是靠显式机制来产生。这一点和BFS，MuqSS等不谋而合，此外，RIP路由协议，Spanning Tree协议等也是这个思路。

Coscheduling的这种策略对于需要并行化执行的多线程程序非常有意义，比如并行计算，虚拟化这些，最大限度地提高了资源的利用率，减少了切换带来的颠簸。

如果我们把时间和空间看作是效果等同的两个维度，其实我们会发现在内存和cache的关系这个空间维度上，早就实现了类似的进化，从直接映射，到全相联映射，再到组相联映射，从最初的一个内存位置映射到一个缓存位置，到最终的一组内存位置映射到一组缓存位置，实现了缓存的高效利用。

另一方面，在现代操作系统领域，时间和空间并不是正交的。缓存的布局和调度算法总是相互影响。

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我们再来看看Coscheduling是否有必要，也就是说，现有的技术能不能通过组合达到相同的效果。

cpuset应该是都能想到的。

把一组task排他式地设置到一个cpuset。可是这真的和Coscheduling一样吗？

并不是。因为cpuset在空间上是排他的，时间上却不是分时的。比如一个task组tg1，包含P1，P2两个task，被设置进了cpuset1，如果想要cpuset1排他选择tg1，那么cpuset1便不能加入任何其它的task。这显然与Coscheduling不一致。

Coscheduling将排他调度全部交给了调度器，一个CPU组中可以有很多task组，由Coscheduling调度器决定当前哪个task组占有该CPU组。

这意味着Coscheduling真的是一个全新的调度算法。

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采用不同思路的Coscheduling解释了为什么其实现这么复杂，因为既有的Schedule框架并不适合Coscheduling。

由于patch过于庞大且复杂，Coscheduling在可预见的将来合入主线的可能性非常小。我们也只能通过自己打patch的方式来学习以及使用它。但确实由于patch过于庞大，且目前根本就没有benchmark，所以更加合理的做法就是，依照Coscheduling的思路自己实现一个类似的，采用Con Kolivas直接改schedule实现的方式。

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浙江温州皮鞋湿，下雨进水不会胖。