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Sched_ext 回调深度解析（一）：sched_ext 框架总览——前言

news 2026/6/6 13:04:08

基于 Linux 6.18.26，结合内核源码逐行分析
系列文章：
Sched_ext 回调深度解析（一）：sched_ext 框架总览——前言
Sched_ext 回调深度解析（二）：init_task —— 每个任务走进调度器的第一道门（6.18.26）
Sched_ext 回调深度解析（三）：enable —— 任务被调度器接管的关键时刻（6.18.26）
Sched_ext 回调深度解析（四）：select_cpu —— 任务唤醒时的选核决策（6.18.26）
Sched_ext 回调深度解析（五）：runnable —— 任务状态转换的哨兵（6.18.26）
Sched_ext 回调深度解析（六）：enqueue —— 任务入队，调度器的核心决策点（6.18.26）
Sched_ext 回调深度解析（七）：dispatch —— 从队列取出任务送到 CPU（6.18.26）
Sched_ext 回调深度解析（八）：running —— 任务开始执行（6.18.26）

1. sched_ext 是什么

sched_ext（简称 scx）是 Linux 内核的 eBPF 调度器框架，自 6.12 起合入主线。它允许开发者用 eBPF 程序在用户态编写自定义 CPU 调度策略，而无需修改内核代码或重启系统。

传统上，添加一个新的 Linux 调度器意味着编写一个完整的sched_class，直接操作内核内部数据结构——这需要内核开发 expertise，修改后必须重新编译、重启才能生效。sched_ext改变了这个局面：内核提供了一个标准的回调接口（struct sched_ext_ops），开发者只需用 BPF 程序实现这些回调，就能定义一个完整的调度策略。调度器程序可以热加载、热卸载，切换策略时系统中的任务会自动平滑迁移。

可以把sched_ext理解为一个"调度器插件系统"——内核在关键调度时机（任务唤醒、入队、出队、开始执行、让出 CPU 等）调用 BPF 回调，BPF 程序在回调中做出调度决策。

1.1 框架总览

从上图可以看出整个框架的运作方式：

开发者编写 BPF 调度器程序，实现struct sched_ext_ops中定义的回调函数。
用户态工具将 BPF 程序加载到内核，内核注册这些回调。
内核核心调度器在调度事件发生时，调用ext_sched_class中对应的方法。
ext_sched_class的方法触发 BPF 回调，BPF 程序在回调中做出调度决策（如选择 CPU、入队到哪个 DSQ、从哪个 DSQ 取出任务等）。
**DSQ（Dispatch Queue）**是 BPF 调度器和内核之间的任务交换枢纽——BPF 程序将任务放入 DSQ，内核从 DSQ 中取出任务送到 CPU。

2. 完整回调总览

2.1 回调一览表

struct sched_ext_ops代表一个 BPF 调度器，其中定义了多个回调函数。下表列出了所有核心回调：

钩子	触发次数	含义
`init_task`	每个 task 仅一次	“登记”——task 被 scx 框架认识
`enable`	每个 task 仅一次	“上岗”——task 被 scx 正式接管
`select_cpu`	每次唤醒时	“选座”——task 醒来时选择目标 CPU
`runnable`	每次变为可运行时	“就位”——通知 task 变为 runnable
`enqueue`	每次入队时	“排队”——task 被放入调度队列
`dispatch`	每次 CPU 需要任务时	“叫号”——从 DSQ 取出 task 送到 CPU
`running`	每次调度执行时	“开工”——task 即将占用 CPU
`stopping`	每次调度结束时	“收工”——task 让出 CPU
`quiescent`	每次变为不可运行时	“离场”——通知 task 变为 quiescent
`set_weight`	权重变更时	通知 BPF 调度器 task 的权重
`set_cpumask`	CPU 亲和性变更时	通知允许运行的 CPU 集合

2.2 回调分类

一次性回调（每个 task 仅触发一次）：

init_task— 登记，task 被 scx 框架认识
enable— 上岗，task 被 scx 正式接管

状态通知回调（每次状态变化时触发）：

runnable/quiescent— 可运行 / 不可运行
running/stopping— 开始执行 / 停止执行
set_weight/set_cpumask— 权重 / 亲和性变更

调度决策回调（核心调度逻辑）：

select_cpu— 选核决策，选择目标 CPU
enqueue— 入队决策，放入 DSQ
dispatch— 分发决策，从 DSQ 取出送到 CPU

3. task 生命周期中的回调时序

3.1 一次性回调 vs 重复回调

init_task和enable是"一次性门禁"，只在 task 进入 scx 管理时各触发一次；而running和stopping是"旋转门"，每次 task 被调度到 CPU 或让出 CPU 时都会触发，构成调度循环。

4. task 的四种状态

每个 task 在 scx 框架中都有一个状态，记录在task->scx.state中：

// include/linux/sched/ext.henumscx_task_state{SCX_TASK_NONE,// ops.init_task() 还没被调用SCX_TASK_INIT,// init_task 执行成功，但任务还没就绪SCX_TASK_READY,// 完全初始化，可以被 scx 调度SCX_TASK_ENABLED,// 已激活，正在被 scx 调度SCX_TASK_NR_STATES,};

状态流转图：

状态	含义
`SCX_TASK_NONE`	初始状态，还未被 scx 认识
`SCX_TASK_INIT`	短暂中间态，`init_task`返回 0 后立即进入
`SCX_TASK_READY`	完全初始化，可以被 scx 调度
`SCX_TASK_ENABLED`	激活态，正在被 scx 调度，`ops.enable()`已调用

SCX_TASK_INIT是一个中间态，只在scx_init_task()执行成功后短暂存在，紧接着就会被推进到 READY。

5. ext_sched_class 全貌

sched_ext在内核中注册为ext_sched_class，它是完整的 Linux 调度类（sched_class）。内核核心调度器在调度事件发生时，统一通过sched_class的方法指针来调用 scx 的实现。为方便后续各篇分析时对照，这里给出ext_sched_class的完整定义（kernel/sched/ext.c:3324）：

DEFINE_SCHED_CLASS(ext)={.enqueue_task=enqueue_task_scx,.dequeue_task=dequeue_task_scx,.yield_task=yield_task_scx,.yield_to_task=yield_to_scx,.wakeup_preempt=wakeup_preempt_scx,.balance=balance_scx,.pick_task=pick_task_scx,.put_prev_task=put_prev_task_scx,// ← stopping 在这里触发.set_next_task=set_next_task_scx,// ← running 在这里触发.select_task_rq=select_task_rq_scx,.task_woken=task_woken_scx,.set_cpus_allowed=set_cpus_allowed_scx,.rq_online=rq_online_scx,.rq_offline=rq_offline_scx,.task_tick=task_tick_scx,.switching_to=switching_to_scx,.switched_from=switched_from_scx,.switched_to=switched_to_scx,.reweight_task=reweight_task_scx,.prio_changed=prio_changed_scx,.update_curr=update_curr_scx,#ifdefCONFIG_UCLAMP_TASK.uclamp_enabled=1,#endif};

注意两个关键点：

ext_sched_class没有pick_next_task方法，只有pick_task。这意味着在__pick_next_task中，scx 走的是class->pick_task(rq)+put_prev_set_next_task()分支，而不是class->pick_next_task(rq, prev)分支。
running 和 stopping 分别挂接在set_next_task和put_prev_task上。这两个方法在每次调度切换时成对调用：先put_prev_task（旧任务 stopping），再set_next_task（新任务 running）。

6. 小结与系列导航

本文从宏观角度描绘了sched_ext框架的全貌：

架构层面：sched_ext 是一个 eBPF 驱动的调度器插件系统，用户态 BPF 程序通过实现struct sched_ext_ops中的回调来定义调度策略，内核在关键调度时机调用这些回调。
回调体系：11 个核心回调分为三类——一次性回调（init_task、enable）、状态通知回调（runnable/quiescent、running/stopping等）和调度决策回调（select_cpu、enqueue、dispatch）。
状态机：task 在 scx 框架中经历NONE → INIT → READY → ENABLED四个状态，其中INIT是短暂中间态，ENABLED是正常运行态。
调度类集成：ext_sched_class作为标准的 Linuxsched_class注册到内核，核心调度器通过统一接口调用 scx 的实现。