Linux Job Scheduler: Test, Anleitung & Alternativen

Linux Job Scheduler und „cron“, ein zeitbasierter Job-Scheduler, sind gängige Job-Scheduling-Tools. Wenn Sie:

• das Job-Scheduling unter Linux erlernen möchten, lesen Sie über Linux Scheduler und cron.
• unsicher sind, ob der Linux Scheduler für Ihren Anwendungsfall ausreicht, erfahren Sie mehr über verschiedene Job-Scheduler.
• für ein Unternehmen arbeiten, das derzeit den Linux Scheduler nutzt und ein Upgrade auf einen Job-Scheduler für Unternehmen in Betracht zieht, ziehen Sie Job-Scheduler mit erweiterten Funktionen in Betracht.

* Linux Completely Fair Scheduler (CFS)

** Enterprise job schedulers umfassen Stonebranch, ActiveBatch, RunMyJobs & JAMS Scheduler.

Was ist der Linux Scheduler?

Ein Linux Job Scheduler ist ein Tool, das in Linux-Systemen zur Automatisierung von Routineaufgaben und zum Job-Scheduling ohne manuelle Eingriffe verwendet wird. Es verwaltet geplante Aufgaben und stellt sicher, dass sie zu vordefinierten Zeiten ausgeführt werden.

Der Kernel Scheduler befasst sich ausschließlich mit der Ausführung von aktivem Code auf physischen CPU-Kernen. So hat sich der moderne Linux Kernel Scheduler entwickelt:

• EEVDF (Earliest Eligible Virtual Deadline First) ist die moderne Implementierung des Linux Schedulers, eingeführt in Kernel-Version 6.6 (Oktober 2023), um den langjährigen CFS zu ersetzen. Während EEVDF die „Fairness“ seines Vorgängers beibehält, fügt es einen spezifischen „Deadline“-Mechanismus hinzu, der darauf ausgelegt ist, verzögerungsempfindliche Aufgaben viel besser zu handhaben. EEVDF ist nun der Standardalgorithmus.
• CFS (Completely Fair Scheduler) ist eine spezifische Implementierung des Linux Schedulers, die in Kernel-Version 2.6.23 eingeführt wurde. CFS zielt darauf ab, Fairness zu bieten, indem es CPU-Zeit proportional zwischen Aufgaben basierend auf Priorität und Laufzeit verteilt. CFS ist eine Art von Linux Scheduler, genauer gesagt der aktuelle Standard-Scheduler-Algorithmus, der innerhalb des weiteren Linux Scheduler-Frameworks verwendet wird.

Zu den Schlüsselaspekten des Linux Kernel Schedulers gehören:

• Prozess-Priorisierung: Der Scheduler priorisiert Prozesse anhand von Faktoren wie ihrer Prioritätsstufe und der bereits verbrauchten CPU-Zeit. Dies stellt ein Gleichgewicht zwischen Vordergrund- (interaktiven) und Hintergrund- (Batch‑)Prozessen sicher.
• Präemptives Multitasking: Linux verwendet präemptives Multitasking, bei dem der Systemaufruf-Scheduler einen laufenden Prozess unterbrechen kann, um einem anderen Prozess Zeit zu geben. Diese Fähigkeit ist entscheidend für die Systemreaktionsfähigkeit, insbesondere in einer Mehrbenutzerumgebung.
• Verschiedene Scheduling-Algorithmen: Im Laufe der Jahre haben verschiedene Versionen des Linux-Kernels unterschiedliche Scheduling-Algorithmen verwendet. Der bekannteste Algorithmus ist der Completely Fair Scheduler (CFS), der in Linux 2.6.23 eingeführt wurde. CFS zielt darauf ab, CPU-Zeit so zuzuweisen, dass jeder Prozess einen fairen Anteil an CPU-Zeit erhält.
• Lastverteilung: In Mehrkernsystemen verwaltet der Scheduler auch die Lastverteilung und verteilt Prozesse auf verschiedene Prozessorkerne, um Leistung und Energieeffizienz zu optimieren.
• Echtzeit-Scheduling: Linux unterstützt auch Echtzeit-Scheduling-Richtlinien (wie FIFO und Round-Robin), die für zeitkritische Aufgaben entscheidend sind, bei denen vorhersagbare Code-Ausführungszeiten wichtiger sind als der Gesamtdurchsatz des Systems.
• Cgroups und Control Groups: Moderne Linux-Systeme verwenden Control Groups (cgroups), um Prozesse zu gruppieren und Richtlinien wie CPU-Zeitlimits oder Prioritäten auf die gesamte Gruppe anzuwenden, was Administratoren mehr Kontrolle über die Ressourcenzuweisung und Prozessplanung gibt.

Linux Scheduler vs. Job-Scheduling-Tools

Enterprise-fähige Job-Scheduling-Tools ermöglichen es Unternehmen, komplexere Workflows zu bewältigen als ein einfacher Scheduler wie cron oder der Linux Scheduler. Diese Tools können eine Alternative sein, wenn Benutzer aus ihrem bestehenden Scheduler herausgewachsen sind, wie zum Beispiel dem Linux Scheduler, und ein Upgrade suchen.

Es kann Fälle geben, in denen der Linux Scheduler, insbesondere in seiner Implementierung als Completely Fair Scheduler (CFS), und Enterprise-Job-Scheduling-Tools zusammenarbeiten können, um sowohl die Effizienz auf Systemebene als auch die Automatisierung auf Workflow-Ebene zu gewährleisten.

Linux Scheduler

Zweck: Der Linux Scheduler (wie CFS) ist eine Low-Level-Kernelkomponente, die dafür verantwortlich ist, zu entscheiden, welcher Prozess wann CPU-Zeit erhält. Er ist integraler Bestandteil der Kernfunktionalität des Betriebssystems.

Fokus: Er verwaltet die Zuweisung von CPU-Zeit unter allen laufenden Prozessen eines Systems und stellt eine faire Verteilung, Reaktionsfähigkeit und effiziente Nutzung der CPU-Ressourcen sicher.

Umfang: Arbeitet auf Prozess- oder Thread-Ebene innerhalb eines einzelnen Systems.

Job-Scheduling-Tools

Zweck: Job-Scheduling-Tools sind High-Level, oft anwendungsorientierte Tools, die für die Automatisierung und Planung von Geschäftsprozessen und Aufgaben entwickelt wurden.

Fokus: Diese Tools verwalten die Ausführung von Batch-Jobs oder Workflows, die mehrere Schritte, Abhängigkeiten und Planungskriterien umfassen können. Sie werden zur Orchestrierung von Aufgaben wie Datensicherungen, Berichtserstellung oder jeder komplexen Abfolge von Vorgängen in Geschäftsumgebungen eingesetzt.

Umfang: Kann über mehrere Systeme und Plattformen hinweg arbeiten und Aufgaben orchestrieren, die mehrere verschiedene Anwendungen oder Dienste umfassen können.

Was ist der Unterschied zwischen „Cron“ und Linux Scheduler CFS?

CFS und „cron“ sind integrale Bestandteile von Linux-Systemen, dienen aber unterschiedlichen Zwecken. Im Wesentlichen geht es bei CFS um die faire Verteilung von CPU-Zeit unter den aktuell laufenden Prozessen, während es bei cron darum geht, wann bestimmte Aufgaben basierend auf der Uhr/dem Kalender ausgeführt werden sollen.

Wesentliche Unterschiede

• Funktionalität und Rolle: CFS ist ein Prozess-Scheduler zur Verwaltung der gemeinsamen Nutzung von CPU-Zeit durch Prozesse, während cron ein Job-Scheduler zur Ausführung von Aufgaben zu geplanten Zeiten ist.
• Betriebsebene: CFS arbeitet auf Kernel-Ebene und behandelt das Echtzeit-Scheduling von Prozessen, während cron auf einer höheren Ebene arbeitet und sich mit der Planung von Aufgaben befasst, die nicht unbedingt kontinuierlich ausgeführt werden.
• Kontinuierlich vs. diskret: CFS arbeitet kontinuierlich, solange das System läuft, und verwaltet die CPU-Zuweisung dynamisch. Im Gegensatz dazu führt cron Aufgaben zu bestimmten, vordefinierten Zeiten aus.

Tools wie Stonebranch können auch Alternativen zu cron sein, insbesondere für Unternehmen oder mittelständische Betriebe mit komplexen Echtzeit-Planungsanforderungen. Obwohl beide für das Job-Scheduling verwendet werden, unterscheiden sie sich erheblich in Bezug auf Funktionen, Fähigkeiten und Anwendungsfälle. Mehr zu diesem Thema unter Top-Alternativen zu Cron.

Wie können Sie Workloads mit dem Linux Scheduler automatisieren?

Die Automatisierung von Workloads mit dem Linux Scheduler bedeutet nicht, den Scheduler selbst direkt zu programmieren; vielmehr geht es darum, verschiedene Tools und Techniken in Linux zu verwenden, die mit dem Scheduler interagieren, um Aufgaben zu verwalten und zu automatisieren. Hier sind einige Möglichkeiten, um die Aufgabenplanung zu automatisieren und Workloads in einer Linux-Umgebung effektiv zu verwalten:

• Cron-Jobs: Die wohl häufigste Methode zur Automatisierung von Aufgaben unter Linux sind Cron-Jobs. Cron ist ein Hintergrunddienst (crond) auf Benutzerebene, der kontinuierlich Konfigurationsdateien namens Crontabs überprüft, um Befehle oder Skripte in festen Intervallen auszuführen. Jeder Crontab-Eintrag basiert auf einer strengen Syntax, die aus fünf Zeit- und Datumsfeldern besteht, gefolgt vom absoluten Pfad des auszuführenden Befehls:

• Nice- und Renice-Befehle: Sie können die Befehle nice und renice verwenden, um die Priorität eines Prozesses zu beeinflussen. Dies plant zwar keine Aufgabe an sich, verändert aber, wie der Scheduler einen Prozess behandelt, was Teil einer Automatisierungsstrategie sein kann, um sicherzustellen, dass kritische Aufgaben mehr CPU-Zeit erhalten.
• Control Groups (cgroups): cgroups ermöglichen es Ihnen, Ressourcen wie CPU-Zeit, Systemspeicher, Netzwerkbandbreite oder Kombinationen dieser Ressourcen auf benutzerdefinierte Aufgabengruppen zu verteilen. Mit cgroups können Sie sicherstellen, dass bestimmte Anwendungen oder Dienste die benötigten Ressourcen als Teil eines automatisierten Workflows erhalten.
• Systemd und Unit-Dateien: Systemd, das Init-System und der Systemmanager für die meisten Linux-Distributionen, ermöglicht eine erweiterte Planung und Verwaltung von Diensten. Es verwendet Unit-Dateien, um zu beschreiben, wie Dienste starten, stoppen und arbeiten sollen. Sie können systemd so konfigurieren, dass Dienste automatisch beim Booten gestartet werden, nachdem bestimmte andere Dienste verfügbar sind, oder zu einem bestimmten Zeitplan.
• Skripterstellung und Automatisierungstools: Skripterstellung in bash oder anderen Shell-Sprachen sowie Automatisierungstools wie ActiveBatch, Ansible, Puppet oder Chef können zur Automatisierung von Aufgaben verwendet werden. Während diese Skripte und Tools nicht direkt mit dem Linux Scheduler interagieren, können sie verwendet werden, um komplexe Workflows zu erstellen und zu verwalten, wann und wie verschiedene Prozesse ausgeführt werden.
• Kernel-Tuning: Für fortgeschrittene Benutzer kann das Tuning von Kernelparametern über sysctl oder andere Kernel-Schnittstellen das Scheduler-Verhalten beeinflussen. Dies ist ein anspruchsvollerer Ansatz und erfordert fundierte Kenntnisse des Linux-Kernels.
• Der Befehl „at“ für einmalige Aufgaben: Während cron für wiederkehrende Infrastrukturaufgaben optimiert ist, bietet das Dienstprogramm at einmalige Jobausführungen, ohne Ihre Crontab-Datei zu verunreinigen. Es analysiert menschenlesbare Zeitangaben:
  • at noon tomorrow: Plant einen Ad-hoc-Job für 12:00 Uhr mittags am folgenden Tag.
  • at now + 1 hour: Plant ein temporäres Skript, das genau 60 Minuten nach der Laufzeit ausgeführt wird.
  • Administratoren verfolgen ausstehende Aufgaben mit atq (Anzeigen der Job-Warteschlange) und können nicht ausgeführte Einträge sauber mit atrm [job_id] bereinigen.

Was sind die Alternativen zum Linux Scheduler?

Es gibt mehrere Alternativen zum standardmäßigen Linux Kernel Scheduler (hauptsächlich dem Completely Fair Scheduler, oder CFS-Scheduling-Algorithmus). Diese Alternativen können Enterprise-Job-Scheduler von Drittanbietern für Fälle sein, in denen Unternehmen dem Linux Job Scheduler entwachsen sind, andere Scheduler innerhalb des Linux-Kernels oder unterschiedliche Scheduling-Ansätze in anderen Betriebssystemen. Hier sind einige bemerkenswerte Beispiele:

Job-Scheduling-Tools von Drittanbietern mit umfangreichen Funktionen

• Stonebranch Universal Automation Center (UAC): Stonebranch UAC dient als eine einzige Automatisierungsplattform für die Verwaltung von Workload-Prozessen in Unternehmensumgebungen und bietet eine einheitliche webbasierte Oberfläche, eine verteilte Ausführungs-Engine, Workload-Visualisierung sowie integrierte Verfügbarkeits- und Disaster-Recovery-Funktionen.
• ActiveBatch: ActiveBatch ist eine Workload-Automatisierungs- und Job-Scheduling-Lösung, die über die Fähigkeiten eines einfachen Linux Schedulers hinausgeht. Sie ist darauf ausgelegt, eine zentralisierte Plattform für die Automatisierung und Verwaltung komplexer Workflows in verschiedenen Umgebungen wie Windows, Linux, Unix und mehr zu bieten.
• JAMS Scheduler: JAMS zentralisiert die Verwaltung von Linux- und UNIX-Batch-Prozessen in einer einzigen Oberfläche. Es bietet robuste Job-Scheduling- und Workload-Automatisierungsfunktionen, einschließlich ereignisbasierter Planung und Triggern. Es bietet auch eine Airflow-Ausführungsmethode zur Überwachung von Airflow-DAGs und eine Azure Blob-Ausführungsmethode für Azure Cloud-Speicheraufgaben. Dies bringt moderne Flexibilität in die traditionelle Cron-Job-Planung in Linux- und Cloud-Umgebungen

Alternativen innerhalb von Linux

• O(1) Scheduler: Vor CFS verwendete der Linux-Kernel den O(1)-Scheduler, der für konstante Ausführungszeit unabhängig von der Anzahl der Aufgaben ausgelegt war. Er war der Standard-Scheduler in Linux 2.6-Kerneln vor Version 2.6.23.
• Brain Fuck Scheduler (BFS): BFS, erstellt von Con Kolivas, zielt darauf ab, die Reaktionsfähigkeit des Systems zu verbessern, insbesondere für Desktop-Systeme mit weniger als 16 Kernen. Er ist einfacher als CFS und kann für Einzelbenutzersysteme vorteilhaft sein.
• MuQSS (Multiple Queue Skiplist Scheduler): Ebenfalls von Con Kolivas als Nachfolger von BFS entwickelt, zielt MuQSS darauf ab, die Leistung auf Desktop-Systemen zu verbessern. Es ersetzt die Runqueue-Struktur von CFS durch eine Skiplist.
• Echtzeit-Scheduler (RT): Linux bietet Echtzeit-Scheduling-Richtlinien wie FIFO (First In, First Out) und Round-Robin für Aufgaben, bei denen konsistentes Timing wichtiger ist als der Gesamtdurchsatz des Systems. Diese werden oft in Verbindung mit dem PREEMPT_RT-Patch für Echtzeit-Linux-Systeme verwendet.
• Deadline-Scheduler: Diese Scheduler, wie SCHED_DEADLINE (eingeführt in Linux-Kernel 3.14), sind für Aufgaben mit spezifischen Zeitbeschränkungen ausgelegt. Sie planen Aufgaben basierend auf anwendungsdefinierten Fristen.

Alternativen in anderen Betriebssystemen

• Windows NT Scheduler: Ein prioritätsbasierter Scheduler, der für Desktop-Reaktionsfähigkeit optimiert ist. In DevOps-Pipelines kommuniziert er über das Windows-Subsystem für Linux (WSL) mit Linux und ermöglicht dem Windows Task Scheduler, native lokale KI-Pipelines, Hugging Face-Downloads und GPU-Aufgaben, die in virtualisierten Ubuntu-Umgebungen ausgeführt werden, auszulösen.
• macOS Scheduler: macOS verwendet eine Kombination aus traditionellem Unix-basiertem Scheduling und Erweiterungen für GUI-Reaktionsfähigkeit, wobei der Schwerpunkt auf reibungsloser Benutzererfahrung bei interaktiven Aufgaben liegt.
• Solaris Scheduler: Der in Oracle Solaris (und historisch Sun Solaris) verwendete Scheduler unterstützt sowohl Echtzeit- als auch Fair-Share-Scheduling und bietet Flexibilität für eine Reihe von Anwendungen, von Desktops bis zu Servern.
• BSD Scheduler: Varianten von BSD (wie FreeBSD, OpenBSD) verwenden unterschiedliche Scheduler. FreeBSD beispielsweise verwendet den ULE-Scheduler (Unix-Like Scheduler), der für die Leistung auf Mehrkernsystemen optimiert ist.
• RTOS Scheduler: Echtzeitbetriebssysteme (RTOS) wie RTLinux, VxWorks oder QNX verwenden Scheduler, die für Echtzeitleistung optimiert sind und ein vorhersagbares und deterministisches Scheduling-Verhalten bieten.

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FAQs

Weiterführende Literatur

• Top SAP Job Scheduler-Alternativen

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Cem Dilmegani

Leitender Analyst

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Cem ist seit 2017 leitender Analyst bei AIMultiple. AIMultiple informiert monatlich Hunderttausende von Unternehmen (laut similarWeb), darunter 60% der Fortune 500.

Cems Arbeit wurde von führenden globalen Publikationen zitiert, darunter Business Insider, Forbes, Washington Post, globalen Unternehmen wie Deloitte, HPE und NGOs wie dem World Economic Forum sowie supranationalen Organisationen wie der European Commission.

Während seiner Karriere war Cem als Tech-Berater, Tech-Einkäufer und Tech-Unternehmer tätig. Er beriet Unternehmen über ein Jahrzehnt lang bei McKinsey & Company und Altman Solon in Technologieentscheidungen. Er veröffentlichte auch einen McKinsey-Bericht zur Digitalisierung.

Er leitete die Technologiestrategie und Beschaffung eines Telekommunikationsunternehmens und berichtete dabei direkt an den CEO. Zudem führte er das kommerzielle Wachstum des Deep-Tech-Unternehmens Hypatos an, das innerhalb von 2 Jahren von null auf einen siebenstelligen jährlich wiederkehrenden Umsatz und eine neunstellige Bewertung anwuchs. Cems Arbeit bei Hypatos wurde von führenden Technologiepublikationen wie TechCrunch und Business Insider aufgegriffen.

Cem spricht regelmäßig auf internationalen Technologiekonferenzen. Er schloss sein Studium an der Bogazici University als Computer-Ingenieur ab und hat einen MBA von der Columbia Business School.

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Recherchiert von

Hazal Şimşek

Branchenanalystin

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Hazal ist eine Branchenanalystin bei AIMultiple, mit Schwerpunkt auf Process Mining und IT-Automatisierung.

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