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近日，一位Linux內(nèi)核工程師出于興趣用Rust編寫了一個(gè)Linux調(diào)度器。

這位來自Ubuntu制造商Canonical的工程師名叫Andrea Righi。他在X（推特）上發(fā)文談到，他利用圣誕假期進(jìn)行了這項(xiàng)實(shí)驗(yàn)。沒想到這個(gè)只是“出于好玩”而進(jìn)行的項(xiàng)目卻帶來了意外驚喜。

初步結(jié)果顯示：通過sched_ext實(shí)現(xiàn)并基于eBPF技術(shù)、能夠在運(yùn)行時(shí)加載的Rust調(diào)度器具有很大的潛力和希望。

1、令人意外的結(jié)果：Rust版超越默認(rèn)版

“結(jié)果讓我很驚訝。它不僅能夠正常工作，而且在某些負(fù)載（例如游戲）下甚至可以超越Linux內(nèi)核默認(rèn)的EEVDF調(diào)度器?！?/p>

Righi表示，盡管仍處于原型階段，但它成功完成了使命，即“證明在用戶空間實(shí)現(xiàn)運(yùn)行的工作調(diào)度器是可行的，并且在某些特定條件下甚至可以超越Linux默認(rèn)調(diào)度器的性能”。

他還分享了一段視頻：一個(gè)簡單的電腦游戲Terraria正常運(yùn)行，同時(shí)該機(jī)器正在后臺(tái)進(jìn)行內(nèi)核編譯。

基于廣大吃瓜群眾的要求，Righi將Linux默認(rèn)調(diào)度器和Rust版調(diào)度器的內(nèi)核構(gòu)建時(shí)間和游戲性能進(jìn)行了比對(duì)。

截圖：來自X@arighi

可以看到，其中：

• linux sched：內(nèi)核構(gòu)建280s，Terraria ~每秒30幀
• rustland：內(nèi)核構(gòu)建361s，Terraria ~每秒60幀

也就是說，切換到Rust版調(diào)度器后，游戲畫面提升到了每秒60幀，是之前的兩倍，而同期內(nèi)核編譯只是多花了約30%的構(gòu)建時(shí)間。由此可見，“scx_rustland”調(diào)度器在游戲中表現(xiàn)的確優(yōu)于Linux內(nèi)核默認(rèn)調(diào)度器。

Righi已將相關(guān)代碼托管在了GitHub上。感興趣的朋友可以繼續(xù)關(guān)注其未來的發(fā)展方向。

2、內(nèi)核調(diào)度器之爭：Linux需要更多的調(diào)度器嗎？

Linux內(nèi)核調(diào)度器負(fù)責(zé)執(zhí)行一項(xiàng)關(guān)鍵任務(wù)，即分配給應(yīng)用程序一段段的CPU時(shí)間，旨在確保每個(gè)應(yīng)用程序都能公平地獲得執(zhí)行時(shí)間。

通常，這一目標(biāo)是通過使用完全公平調(diào)度（Completely Fair Scheduler, CFS）算法來實(shí)現(xiàn)的。（注：CFS算法致力于平衡各個(gè)應(yīng)用程序?qū)μ幚砥髻Y源的需求，以達(dá)到整體系統(tǒng)性能最優(yōu)化的效果。）

盡管Linux的“一刀切”式調(diào)度器在過去很長一段時(shí)間內(nèi)表現(xiàn)出色，但在如今分布式計(jì)算環(huán)境日益復(fù)雜、IT環(huán)境異構(gòu)化加劇的背景下，可能需要對(duì)其進(jìn)行更新升級(jí)。

當(dāng)傳統(tǒng)的單一調(diào)度策略難以滿足現(xiàn)實(shí)需求時(shí)，人們?cè)趯で蟾嗥凭值穆窂?，比如，通過引入如BPF這樣的技術(shù)來實(shí)現(xiàn)更加靈活、可擴(kuò)展且針對(duì)性更強(qiáng)的調(diào)度機(jī)制。

簡單說明一下BPF。所謂BPF，是Berkeley Packet Filter的縮寫。BPF提供了一種當(dāng)內(nèi)核或應(yīng)用特定事件發(fā)生時(shí)候，執(zhí)行一段代碼的能力。BPF 采用了虛擬機(jī)指令規(guī)范，所以也可以看作一種虛擬機(jī)實(shí)現(xiàn)，使我們可以在不修改內(nèi)核源碼和重新編譯的情況下，提供一種擴(kuò)展內(nèi)核的能力的方法。

2013 年由技術(shù)大牛Alexei Starovoitov 向Linux社區(qū)提交了重新實(shí)現(xiàn)BPF的內(nèi)核補(bǔ)丁，相關(guān)工作于2014年正式并入Linux 內(nèi)核主線。此舉將其擴(kuò)展成了通用的執(zhí)行引擎，稱為eBPF，其可以完成多種任務(wù)，包括用來創(chuàng)建先進(jìn)的性能分析工具。

LWN.Net首席編輯Jonathan Corbett在今年2月評(píng)論道：“將BPF引入內(nèi)核CPU調(diào)度器只是時(shí)間問題?！?/p>

Corbett解釋說，基于BPF的調(diào)度器之所以有意義，有多個(gè)原因：它使得嘗試新的調(diào)度方法變得更加容易。如今的系統(tǒng)遠(yuǎn)比過去幾十年要復(fù)雜得多，因此需要更多領(lǐng)域特定和針對(duì)性的調(diào)度解決方案（例如針對(duì)游戲和網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的調(diào)度器）。此外，它還能為開發(fā)者提供一種針對(duì)其自身應(yīng)用程序優(yōu)化CPU使用方式的方法。

而Righi開發(fā)的scx_rustland是對(duì)sched_ext這一實(shí)驗(yàn)性Linux內(nèi)核特性的實(shí)現(xiàn)，sched_ext允許運(yùn)行可在內(nèi)核中創(chuàng)建并加載的基于BPF的內(nèi)核線程調(diào)度器。該特性由來自Meta和Google的一組工程師以及其他內(nèi)核社區(qū)成員共同研發(fā)，并希望有一天能將其合并到Linux內(nèi)核的核心代碼庫中。

值得注意的是，并非Linux社區(qū)中的每個(gè)人都支持動(dòng)態(tài)調(diào)度這一理念，其中包括Linus Torvalds本人。Linux調(diào)度器維護(hù)者Peter Zijlstra在評(píng)論sched_ext的首次發(fā)布時(shí)提到：“我討厭這一切”，并補(bǔ)充道，鑒于替代調(diào)度器引入的復(fù)雜性，Torvalds曾否決了之前關(guān)于此類調(diào)度器的所有嘗試。

此外，AMD和Google兩家公司也提出了各自的替代調(diào)度器方案。這些舉措表明，在如何優(yōu)化Linux內(nèi)核調(diào)度以適應(yīng)更復(fù)雜異構(gòu)環(huán)境的問題上，業(yè)內(nèi)依舊各執(zhí)一詞。

3、使用Rust，真的會(huì)比C更有優(yōu)勢(shì)嗎？

近年來，在編程語言界，Rust的存在感越來越強(qiáng)。不少公司、個(gè)人都開始對(duì)使用內(nèi)存安全的Rust進(jìn)行關(guān)鍵任務(wù)開發(fā)產(chǎn)生了濃厚興趣，以取代可能意外引入安全漏洞的C語言。

此前，我們也曾在《Linux 誕生32年：“暴君”Linus 平和了》一文中報(bào)道過，Torvalds對(duì)于在內(nèi)核中使用Rust持開放態(tài)度。他曾談到，從明年開始會(huì)著手將Rust引入驅(qū)動(dòng)程序、甚至是某些主要子系統(tǒng)，總之“Rust確實(shí)有成為內(nèi)核重要部分的趨勢(shì)”。

因此，在Linux新聞網(wǎng)站Phoronix報(bào)道Righi的工作時(shí)，將關(guān)注點(diǎn)放在了Rust的使用上。讓這篇文章引起討論的焦點(diǎn)從調(diào)度器本身挪開，集中到了關(guān)于使用Rust而非C語言是否更有優(yōu)勢(shì)上面。

有人質(zhì)疑：“這個(gè)調(diào)度器到底有何與眾不同，使其表現(xiàn)出了實(shí)質(zhì)性的差異？是因?yàn)樗形赐瓿蛇€是確實(shí)因?yàn)樗鼉?yōu)秀？因?yàn)槲也幌嘈臨ust本身會(huì)比C語言更好。究竟有什么是在Rust中能做而在C中做不到的呢？”

有人更是直接指出，調(diào)度器的設(shè)計(jì)始終涉及權(quán)衡取舍。顯然，這款為游戲優(yōu)化的調(diào)度器犧牲了一些其他功能以換取更好的游戲性能。

當(dāng)然也有人對(duì)此持更為積極的態(tài)度。在Hacker News討論中，有網(wǎng)友寫道：“這篇新聞告訴我們的是，Rust實(shí)現(xiàn)的調(diào)度器在這一領(lǐng)域可以與C語言實(shí)現(xiàn)相媲美。這一消息為我們解鎖了更多選擇，無論是C語言調(diào)度器還是Rust調(diào)度器，意味著Linux社區(qū)在處理各種工作負(fù)載時(shí)可以獲得更好的體驗(yàn)?！?/p>

而對(duì)于Righi本人，他在接受媒體采訪時(shí)表示，Rust提供了極大的靈活性，這使他能夠迅速啟動(dòng)并推進(jìn)這個(gè)項(xiàng)目。

“我不能說Rust在性能提升方面貢獻(xiàn)巨大，但它讓我能夠在幾周內(nèi)編寫出這個(gè)調(diào)度器，同時(shí)實(shí)現(xiàn)和重用了優(yōu)雅的高級(jí)抽象，并在我需要的時(shí)候能夠深入到底層細(xì)節(jié)?！?/p>

參考鏈接：

https://www.phoronix.com/news/Rust-Linux-Scheduler-Experiment

https://thenewstack.io/bpf-opens-a-door-to-linux-dynamic-scheduling-maybe-with-rust/