【操作系统百科】EEVDF：取代 CFS 的新算法

6.6 内核（2023 年 10 月）把 SCHED_NORMAL 的默认算法从 CFS 切换到 EEVDF。这是 Linux 调度器十多年来最大的一次骨架替换。CFS 的红黑树、cfs_rq、sched_entity 都还在，但选谁下一个的规则变了。

本文讲 EEVDF 的基本概念、它解决了 CFS 的哪些痛点、latency-nice 的新 API、以及生产影响。

一、先看图：CFS vs EEVDF 选择规则

flowchart LR
    subgraph CFS[CFS · 按 vruntime]
      A1[树按 vruntime 排]
      A2[选最左 = 最小 vruntime]
      A1-->A2
    end
    subgraph EEVDF[EEVDF · eligible + deadline]
      B1[lag > 0 的 = eligible]
      B2[eligible 中选 virtual deadline 最早]
      B1-->B2
    end
    CFS -.6.6 替换.-> EEVDF
    classDef old fill:#63636e22,stroke:#636e7b,color:#adbac7;
    classDef new fill:#3fb95022,stroke:#3fb950,color:#adbac7;
    class A1,A2 old
    class B1,B2 new

二、CFS 的痛点

CFS 是”长期公平”。但长期公平允许短期极不均：一个任务连续跑 10ms 后让出 10ms，它和另一个连续跑 20ms 的任务看起来总量相同，但延迟感觉差很多。

具体问题：

1. 没有 per-task 延迟控制：sched_latency_ns 是全局
2. 长 sleep 回来的任务抢占不可控：依靠 min_vruntime + GENTLE_FAIR_SLEEPERS 启发式
3. 交互任务需要更多”加分”：vruntime 体系不直接支持

三、EEVDF 的两个新概念

EEVDF 由 Stoica 等 1996 年提出，论文名 “Earliest Eligible Virtual Deadline First”。核心两步：

3.1 Eligible time & lag

每个任务有”理想累计服务时间” = 从上线到现在按权重分得的时间。

lag(i) = ideal_service(i) - actual_service(i)

• lag > 0：欠它的 → eligible 可被选
• lag < 0：欠着别人（超跑了）→ 不 eligible，等 virtual time 追上

这避免了 CFS 里”某任务长睡后 vruntime 老小，回来无限碾压”的问题——睡期间它的 ideal_service 按暂停时间推进，回来时 lag 是有界的。

3.2 Virtual deadline

给任务一个 slice（时间片），对应的 virtual deadline：

vdeadline = veligible + slice / weight

选择规则：所有 eligible 任务中，virtual deadline 最早的优先。

直觉：slice 小 → deadline 来得早 → 被选得频繁，但每次跑得短 → 延迟敏感任务的主动让出策略。slice 大 → 批处理大段跑。

四、latency-nice：新 API

EEVDF 配套引入 latency-nice（或 sched_attr.sched_latency_nice），范围 -20 ~ 19，默认 0。

作用：调整 slice 大小。

• latency-nice = -20 → slice 很小 → 频繁但短 → 低延迟
• latency-nice = 19 → slice 很大 → 批处理风格

与 nice（权重）正交：nice 决定份额，latency-nice 决定粒度。

API：

struct sched_attr attr = {
    .size = sizeof(attr),
    .sched_policy = SCHED_NORMAL,
    .sched_latency_nice = -10,
};
sched_setattr(0, &attr, 0);

或 systemd unit file：

[Service]
LatencyNiceOnCPU=-10

这对”交互式服务 + 批处理服务”混部是巨大改进——以前只能靠 autogroup / cgroup cpu.weight 粗粒度做。

五、实现侧：沿用 CFS 骨架

EEVDF 代码在 kernel/sched/fair.c，直接替换了部分逻辑：

• cfs_rq 仍在，还是红黑树，但键从 vruntime 改为 virtual deadline（实际是 eligible/deadline 的组合判断）
• sched_entity 新增 deadline、slice
• 新的 pick_eevdf() 替代 pick_next_entity()
• PELT、load-balance、frequency selection 等仍共享

因此生态（负载均衡、cgroup CPU controller、autogroup）大部分不变。过渡平滑。

六、早期 benchmark

社区测试（lwn.net 报道、phoronix）：

• 桌面响应：小幅提升，感官上 Chrome/IDE 更顺
• 交互 + 批处理混合：明显改善，尤其 make -j 并发下桌面不卡
• 纯 CPU-bound 吞吐：基本持平
• 短任务延迟（schbench）：EEVDF p99 延迟降低 20-40%
• kernel compile：持平

Peter Zijlstra（作者）基于 IngoMolnár 对 CFS 的反思，说 EEVDF 是”我本应一开始就实现的调度器”。

七、与实时 / PREEMPT_RT 的关系

EEVDF 是 SCHED_NORMAL 算法；不影响 SCHED_FIFO/RR/DEADLINE。实时任务仍按老路径。

对 PREEMPT_RT（完全抢占内核）：EEVDF 让普通任务延迟更可控，但硬实时仍需 SCHED_FIFO + rt_mutex 组合。

八、仍待解的问题

• latency-nice 的最佳值：生态还在摸索，很多应用尚未调参
• cgroup 接口：latency-nice 在 cgroup 层的表达还不完全
• energy-aware：与 EAS / Intel ITD 协同需要继续打磨
• MuQSS / BORE / PDS 等实验性调度器的研究价值继续观察

九、迁移实务

9.1 如何确认用的是 EEVDF

cat /sys/kernel/debug/sched/features
# EEVDF 相关 flag 在
dmesg | grep -i eevdf

内核 >= 6.6 默认就是。

9.2 旧 tunable 命运

kernel.sched_latency_ns、kernel.sched_min_granularity_ns 等保留但语义略变——仍用于 slice 大小计算。一些被移到 /sys/kernel/debug/sched/。

9.3 应用上 latency-nice 的场景

• 游戏引擎主线程：-10 ~ -20
• 视频播放：-5 ~ -10
• 编译器 worker：+10 ~ +15
• 监控 agent：0（默认）

9.4 容器里

containerd / runc 已有 PR 支持在 OCI spec 里传 latencyNice。K8s 1.29+ alpha PodLatencyNice。

十、小结

• EEVDF 用 eligible + virtual deadline 取代纯 vruntime，把延迟变成一等目标
• latency-nice 与 nice 正交，per-task 控制 slice
• 6.6 起默认；CFS 骨架复用，过渡平滑
• 交互式/混部场景 p99 延迟明显改善
• 硬实时仍走 SCHED_DEADLINE

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参考文献

• Stoica, I.; Abdel-Wahab, H.; Jeffay, K.; Baruah, S.K.; Gehrke, J.E.; Plaxton, C.G. “A proportional share resource allocation algorithm for real-time, time-shared systems.” RTSS 1996
• Zijlstra, P. “EEVDF patch series” (lkml 2023)
• Corbet, J. “An EEVDF CPU scheduler for Linux.” LWN.net 2023-03
• Corbet, J. “EEVDF hits the mainline.” LWN.net 2023-09
• Linux kernel: kernel/sched/fair.c (6.6+)
• Documentation/scheduler/sched-eevdf.rst（chap 撰写中）

工具

• schbench —— 交互延迟基准
• hackbench —— 调度器压力
• perf sched record/latency
• bpftrace -e 'tracepoint:sched:sched_switch ...'
• chrt -p、sched_setattr

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