CFS调度源码：从 schedule() 到pick_next_entity 的vruntime 公平

线上 CPU 打满、延迟抖动、D 状态误判，根因常在调度路径。本文沿 schedule() → __schedule() → CFS pick_next_entity() 走通一次选路，用真实文件定位 vruntime 与红黑树，方便对照 perf sched / schedstat 验证。

源码锚点

路径	作用
`kernel/sched/core.c`	`schedule()`、`__schedule()`、上下文切换入口
`kernel/sched/fair.c`	CFS：`entity_tick`、`update_curr`、`pick_next_entity`
`include/linux/sched.h`	`task_struct`、`sched_entity`
`include/linux/sched/sysctl.h`	调度相关 sysctl
`Documentation/scheduler/sched-design-CFS.rst`	CFS 设计说明

核心结构（节选概念）：

c 复制代码

/* include/linux/sched.h --- sched_entity */
struct sched_entity {
	struct load_weight	load;
	struct rb_node		run_node;
	u64			vruntime;
	/* ... */
};

struct task_struct {
	struct sched_entity	se;
	const struct sched_class *sched_class;
	/* ... */
};

选路骨架：

c 复制代码

/* kernel/sched/core.c --- 概念路径 */
asmlinkage __visible void __sched schedule(void)
{
	struct task_struct *tsk = current;
	sched_submit_work(tsk);
	__schedule(SM_NONE);
	sched_update_worker(tsk);
}

调用链

text 复制代码

用户态阻塞 / 时间片耗尽 / 抢占点
  → schedule()                     /* core.c */
      → __schedule(sched_mode)
          → pick_next_task(rq, prev, &rf)
              → 按优先级扫 sched_class
                  → fair_sched_class.pick_next_task
                      → pick_next_entity(cfs_rq)
                          → 红黑树最左 = 最小 vruntime
              → context_switch(prev, next)
                  → switch_mm / switch_to

时钟滴答侧：

text 复制代码

scheduler_tick
  → task_tick_fair
      → entity_tick → update_curr
          → 累加 delta_exec，换算进 se->vruntime

重点知识

1. vruntime 是公平的尺子

CFS 不按固定时间片轮转，而按 虚拟运行时间 排序。nice 通过权重放大/缩小同一墙上时间对应的 vruntime 增量：nice 越小，同等墙钟时间里 vruntime 涨得越慢，树中越靠左，越容易被再次选中。

2. 红黑树只存可运行实体

cfs_rq->tasks_timeline 上每个可运行 sched_entity 一个节点；pick_next_entity 取最左。入队 enqueue_entity、出队 dequeue_entity 必须与状态机一致，否则会出现「看起来 RUN 却不在树上」。

3. 调度类分层

stop > dl > rt > fair > idle。普通业务几乎都在 fair；实时任务走 rt/dl，不会与 CFS 争同一把 vruntime 尺。排障时先分清任务是否被绑到 RT。

4. 配置与观测

bash 复制代码

# 调度统计（需 CONFIG_SCHEDSTATS）
grep -E 'sched_' /proc/self/sched
cat /proc/schedstat | head
# 延迟剖析
perf sched record -a -- sleep 5
perf sched latency
# nice / 亲和
chrt -m
taskset -pc <pid>

常见 sysctl（名称随内核略有差异，以本机 sysctl -a | grep sched 为准）：kernel.sched_latency_ns、kernel.sched_min_granularity_ns。

5. 设计意图与踩坑

意图：多任务长期公平，短任务延迟可控。
坑：把 D（TASK_UNINTERRUPTIBLE）当 CPU 忙------它常在等 I/O，加核无效。
坑：容器未设 cpu.max / cpuset，与宿主机抢同一 CFS 池。
坑：持锁过久导致调度延迟，表现为尾延迟而非平均 CPU。

Checklist

能指出 schedule → __schedule → pick_next_task → CFS 的文件位置
解释 vruntime 与 nice 权重的关系，并用 /proc/<pid>/sched 对照
区分 fair / rt 调度类，避免用 CFS 参数调实时任务
用 perf sched latency 或 schedstat 看到排队延迟
排查高 load 时先区分 RUN 排队 vs D 状态等盘
容器场景检查 cpu / cpuset 限额，避免无界争抢