第68期 | 一本欠账，CFS 怎么算公平

操作系统 · 2026-10-24 · 九羲科技

第六章第三期。上一期我们数了 O(1) 的两套点名册：140 个优先级，active 点空就翻转。点名册的问题不在慢，在"猜"——靠 sleep_avg 猜谁是交互进程，加分、扣分、调优先级。猜，就有空子可钻。2007 年，有人把整套猜法连根拔起，换成了一本账。

一、一本欠账，CFS 怎么算公平

2007 年，Ingo Molnar 把 CFS（Completely Fair Scheduler，完全公平调度器）贴上 LKML¹²；同年 10 月，Linux 2.6.23 发布，CFS 取代 O(1)，成为默认调度器²。公告里，Molnar 致谢了一个人：Con Kolivas——他的 Rotating Staircase Deadline（旋转楼梯死线调度），给了 CFS 最初的启发²。

CFS 的设计文档里有两句狠话。第一句："80% of CFS's design can be summed up in a single sentence: CFS basically models an 'ideal, precise multi-tasking CPU' on real hardware"——在真实硬件上，模拟一台理想的、精确的多任务 CPU¹。这台 CPU 不存在：它能让 n 个任务真正并行，每人恰好分到 1/n 的算力。真实硬件一次只能跑一个任务，于是 CFS 引入"虚拟运行时间"vruntime：真实运行时间，按权重折算¹。

折算公式很直白：vruntime += 真实运行时间 × 1024 ÷ 权重³。权重由 nice 值查表：nice 0 对应 1024，nice 5 对应 335，nice -5 对应 3121；相邻两档 nice，权重差 1.25 倍³。nice 0 的任务跑 1 秒，账上记 1 秒；nice 5 的任务跑同样 1 秒，账上记 1×1024/335 ≈ 3.06 秒——权重小的，账记得更狠。公平的定义，就这样被翻译成一句话：所有任务的 vruntime 相等。

账记在哪？每颗 CPU 一棵红黑树，按 vruntime 排序；调度器永远取最左边的节点——账上最欠的那个⁴。插入是 O(log n)，但最左节点被缓存着，取任务这一步是 O(1)³。还有防作弊的细节：内核维护一个单调递增的 min_vruntime，新出生、刚睡醒、刚迁移来的任务，vruntime 都从它起步⁵——睡了一万年的任务醒来，不会凭一纸旧账霸占 CPU。

第二句狠话："CFS has no heuristics whatsoever"——没有任何启发式；连"时间片"这个概念都扔了¹。O(1) 时代那些专钻启发式空子的攻击程序（fiftyp.c、thud.c……），在 CFS 面前全部失效¹。公平不再靠猜，靠记账。

算盘拨完，两个数字：相邻 nice 差一档，CPU 按 55:45 分³；sched_latency（调度周期，如今的默认值 6ms⁶）保证每个可运行任务在这段时间内至少轮到一次。

CFS 的一本账：红黑树按 vruntime 排序，调度器永远取最左——账上最欠的先跑；权重小的任务，账记得更快。

这里有个从"险绝"到"平正"的回环。O(1) 的 sleep_avg 奖惩、5 档加减、一堆可调参数，是险绝；CFS 把公平翻译成一本账、一棵树、一条"永远取最欠"，是复归平正。孙过庭《书谱》里那句，正是写给它的："初学分布，但求平正；既知平正，务追险绝；既能险绝，复归平正"⁷（思想化用）。

二、货币换了，公平就得重算

如果 AI 的操作系统先出现，vruntime 这套账会怎么记？先看它有个从没被问过的前提：CPU 时间是可通约的货币。向量阵列时代，这条前提在松动——一秒 GPU 时间和一秒 CPU 时间不是一种钱；KV cache 占着的显存、attention 吃掉的内存带宽，都不在这本账上。调度器只给 CPU 记账，等于只给现金记账，不管房子和股票。

原生的做法：换货币。账上记的不再是"跑了多久"，而是"占了多少算力阵列、多少显存、多少带宽"，再乘一个"边际收益"——多给这个任务 10ms，它能多产出多少价值？Brooks 1987 年的框架正好量这件事⁸：O(1) 到 CFS 消灭的是偶然困难（启发式、调参、攻击面）；"公平用什么货币结算"，是本质困难。货币不换，公平的定义就还是 2007 年的。

范式之眼再看一层：CFS 的整套记账，量的仍是"时间"——为线性指令流设计的货币。算力主体变成非线性向量阵列之后，时间不再是稀缺物的准确度量：同样一秒，Tensor Core 的矩阵乘和标量指令流，根本不是一种劳动。旧抽象与新硬件的张力，在这里露了馅。

三、绑一颗 CPU，亲眼看它记账

手边任何一台 Linux 机器，把两个忙循环绑在同一颗 CPU 上，一个 nice 0，一个 nice 5：

taskset -c 0 nice -n 0 bash -c 'while true; do :; done' & P1=$!

taskset -c 0 nice -n 5 bash -c 'while true; do :; done' & P2=$!

sleep 8

ps -o pid,ni,%cpu,comm -p $P1,$P2

grep se.vruntime /proc/$P1/sched /proc/$P2/sched

kill $P1 $P2

你会看到 %CPU 接近 75:25——权重 1024 对 335，算出来的，不用猜。更妙的是那两行 se.vruntime：两个任务实际跑的时间差了 3 倍，账上的数字却几乎相等。CFS 的公平，就是这句被跑出来的话：现实按权重分，账上永远拉平。

落到普遍场景：一台跑着本地模型的机器上，推理服务常驻、评测任务来来去去，nice 权重就是现成的定价旋钮——先给时延敏感的任务降 nice（数字变小、权重变大），再看效果；但记住，CFS 只给 CPU 记账，GPU 的显存和算力还没有 OS 级的账本。边缘算力盒上算力更金贵，值得先把各任务的 SLO 列出来，按"出价"配权重，而不是默认一人一半。CPU 的公平 2007 年就解决了，异构算力的公平，是下一个没人写的章节。

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