第四十五章：RT 调度

结丹中期

涉及内核源码：

一

林小源在调度竞技场中，第一次看到了"特权阶层"。

那是一群穿着金色铠甲的进程，它们不走红黑树的通道，而是从一条独立的、更加宽阔的道路上走来。道路的尽头是一座高台——高台上有一排石座，每个石座上都刻着一个数字，从 1 到 99。

"RT 进程。"调度仙子站在林小源身旁，声音平静但带着一丝凝重，"实时进程。它们不参与 CFS 的公平竞争。它们有自己独立的运行队列，有自己独立的调度策略，有更高的优先级。"

林小源看着那些金色铠甲的进程："它们的优先级比普通进程高？"

"不是'高'——是'绝对'。"调度仙子说，"只要有一个 RT 进程可运行，CFS 进程就得不到 CPU。这是调度类的优先级顺序：stop > dl > rt > fair > idle。"

一个穿着金色铠甲的进程走到高台前，向调度仙子行了一礼。林小源注意到它的铠甲上刻着两个字：FIFO。

"这是 SCHED_FIFO 进程，"调度仙子说，"先进先出。它会一直运行，直到主动让出 CPU。没有时间片限制。"

另一个穿着金色铠甲的进程走了过来，它的铠甲上刻着 RR。

"这是 SCHED_RR 进程，"调度仙子说，"轮转。同优先级的 RR 进程轮流运行，每个进程有固定的时间片——通常是 10ms。时间片用完后，进程会被移到同优先级队列的末尾。"

二

林小源在高台前观察了很久，发现了一个问题。

"如果一个 RT 进程陷入死循环，"他说，"它会独占 CPU？"

调度仙子点头："对。因为 RT 优先级总是高于普通进程——只要 RT 进程可运行，普通进程就永远得不到 CPU。如果 RT 进程死循环，普通进程会被'饿死'，系统变得无响应。"

"这不是一个严重的问题吗？"

"是。"调度仙子说，"所以内核有 RT 带宽限制—— 和 。默认情况下，RT 进程在每个周期内最多使用 950ms 的 CPU 时间，留 50ms 给普通进程。"

"950ms？"林小源皱眉，"那还是很多。"

"是的。"调度仙子说，"但这是为了保证实时任务的确定性。实时任务需要可预测的响应时间——如果内核频繁地抢占 RT 进程，实时任务的延迟就不可预测了。"

"所以这是'确定性' vs '公平'的权衡。"

"对。"调度仙子说，"CFS 追求'公平'——每个进程按权重获得 CPU 时间。RT 追求'确定性'——RT 进程的响应时间是可预测的。这是两种不同的价值。"

三

林小源在高台前站了很久，看着那些穿着金色铠甲的进程。

"创建 RT 进程需要特权吗？"他问。

调度仙子点头："需要 能力。普通用户不能创建 RT 进程——否则恶意进程可以创建一个 RT 进程，独占 CPU，让整个系统无响应。"

"所以'特权'也是一种'责任'。"

"对。"调度仙子说，"RT 进程的特权是'绝对优先'——它们可以抢占任何普通进程。但这个特权的代价是'责任'——RT 进程必须正确地管理自己的行为，不能死循环，不能独占 CPU。"

林小源想起了自己在内核中看到的很多设计：特权总是伴随着责任，自由总是伴随着代价。nice 值可以自由调整，但只能降低自己；亲和性可以限制迁移范围，但会降低灵活性；RT 进程可以获得绝对优先，但需要 能力。

"还有两种 RT 策略的区别，"调度仙子补充道，"FIFO 进程会一直运行直到主动让出——适合那些知道什么时候该停的实时任务。RR 进程有时间片轮转——适合那些需要公平分享 CPU 的实时任务。"

"音频解码器用 FIFO？"

"对。"调度仙子说，"音频解码器需要在固定的时间内完成解码——它知道什么时候该停。而传感器读取器用 RR——多个传感器需要轮流读取数据。"

林小源点了点头。他终于理解了 RT 调度的本质：它不是"更好"的调度，而是"不同"的调度。CFS 和 RT 是两种不同的价值取向——公平 vs 确定性。内核的设计者没有选择其中之一，而是让两者共存，各司其职。

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/*
 * RT 调度器的两种策略：
 *
 * SCHED_FIFO (先进先出)：
 *   - 进程运行直到主动让出 CPU
 *   - 没有时间片限制
 *   - 同优先级的 FIFO 进程按先来后到调度
 *
 * SCHED_RR (轮转)：
 *   - 同优先级的进程轮流运行
 *   - 每个进程有固定的时间片
 *   - 时间片用完后，移到同优先级队列的末尾
 *
 * RT 优先级：1 ~ 99
 * 值越大优先级越高
 * RT 进程总是优先于普通进程（CFS）
 */

struct rt_entity {
    int pid;
    char comm[16];
    int rt_priority;     /* 1 ~ 99 */
    int policy;          /* FIFO 或 RR */
    int time_slice;      /* 时间片 (ms) */
    int remaining;       /* 剩余时间片 */
};

#define SCHED_FIFO 1
#define SCHED_RR   2

printf("=== RT 调度器 — 特权阶层 ===\n\n");

/* RT 进程 */
struct rt_entity rt_procs[] = {
    { 100, "audio-daemon",  80, SCHED_FIFO, 0, 0 },
    { 200, "video-decoder", 70, SCHED_RR,  10, 10 },
    { 300, "sensor-reader", 60, SCHED_RR,  10, 10 },
    { 400, "logger",        50, SCHED_FIFO, 0, 0 },
};
int nr = sizeof(rt_procs) / sizeof(rt_procs[0]);

printf("RT 进程列表：\n");
printf("%-6s %-16s %-10s %-10s %-10s\n",
       "PID", "COMM", "RT_PRIO", "策略", "时间片");
printf("%-6s %-16s %-10s %-10s %-10s\n",
       "---", "---", "---", "---", "---");

for (int i = 0; i < nr; i++) {
    printf("%-6d %-16s %-10d %-10s %-10s\n",
           rt_procs[i].pid, rt_procs[i].comm,
           rt_procs[i].rt_priority,
           rt_procs[i].policy == SCHED_FIFO ? "FIFO" : "RR",
           rt_procs[i].policy == SCHED_FIFO ? "无限" : "10ms");
}

printf("\n--- RT 调度的规则 ---\n");
printf("1. RT 进程总是优先于普通进程\n");
printf("2. 高 RT_PRIO 的进程优先于低 RT_PRIO\n");
printf("3. 同优先级：\n");
printf("   FIFO: 先来后到，运行直到主动让出\n");
printf("   RR:   轮流运行，时间片 10ms\n\n");

printf("--- RT 调度的风险 ---\n");
printf("RT 进程可以\"饿死\"普通进程：\n");
printf("  如果一个 RT 进程死循环，普通进程永远得不到 CPU\n");
printf("  解决方案：RT 带宽限制（rt_runtime_us / rt_period_us）\n\n");
printf("RT 进程的创建需要特权：\n");
printf("  普通用户不能创建 RT 进程\n");
printf("  需要 CAP_SYS_NICE 能力\n");

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道藏笔记

内核启示

RT 调度器为实时进程提供确定性的调度。

RT 调度器的两种策略：

1. SCHED_FIFO — 先进先出，进程运行直到主动让出
2. SCHED_RR — 轮转，同优先级进程轮流运行

RT 优先级：1 ~ 99，值越大优先级越高

RT 调度器的特性：

• RT 进程总是优先于普通进程（CFS）
• 高 RT_PRIO 的进程优先于低 RT_PRIO
• SCHED_FIFO 没有时间片限制
• SCHED_RR 有固定的时间片

RT 调度的风险：

• RT 进程可以"饿死"普通进程
• RT 带宽限制（ / ）
• 创建 RT 进程需要 能力

RT 调度器追求"确定性"，CFS 追求"公平"——两种不同的价值。

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破关试炼

RT 调度之试

普通进程不能随便进入 RT 调度，本章指出设置实时优先级需要哪项能力？

答对后才能继续滑动和进入下一章。

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