Planificador de trabajos de Linux: Revisión, guía y alternativas

El planificador de trabajos de Linux y ‘cron’, un planificador de trabajos basado en tiempo, son herramientas comunes de programación de trabajos. Si usted:

• Quiere aprender sobre programación de trabajos en Linux, aprenda sobre Linux Scheduler y cron.
• No está seguro de si el Linux Scheduler es suficiente para su caso de uso, aprenda sobre diferentes planificadores de trabajos.
• Trabaja para una empresa que actualmente utiliza el Linux Scheduler y está considerando actualizar a un planificador de trabajos de nivel empresarial, considere planificadores de trabajos con capacidades ampliadas.

* Linux Completely Fair Scheduler (CFS)

** Planificadores de trabajos empresariales incluyen Stonebranch, ActiveBatch, RunMyJobs y JAMS Scheduler.

¿Qué es el Linux Scheduler?

Un planificador de trabajos de Linux es una herramienta utilizada en sistemas Linux para automatizar tareas rutinarias y la programación de trabajos sin intervención manual. Gestiona tareas programadas, asegurando que se ejecuten en horarios predefinidos.

El Kernel Scheduler se ocupa estrictamente de ejecutar código activo en núcleos físicos de CPU. Así es como ha evolucionado el moderno Kernel Scheduler de Linux:

• EEVDF (Earliest Eligible Virtual Deadline First) es la implementación moderna del Linux Scheduler, introducido en la versión del kernel 6.6 (octubre de 2023) para reemplazar al antiguo CFS. Si bien EEVDF mantiene la “ equidad” de su predecesor, agrega un mecanismo de “fecha límite” específico diseñado para manejar mucho mejor las tareas sensibles al retraso. EEVDF es ahora el algoritmo predeterminado estándar.
• CFS (Completely Fair Scheduler) es una implementación específica del Linux Scheduler introducida en la versión del kernel 2.6.23. CFS tiene como objetivo proporcionar equidad asignando tiempo de CPU proporcionalmente entre tareas según la prioridad y el tiempo de ejecución. CFS es un tipo de Linux Scheduler, específicamente, es el algoritmo de planificación predeterminado actual utilizado dentro del marco más amplio del Linux Scheduler.

Los aspectos clave del Kernel Scheduler de Linux incluyen:

• Priorización de procesos: El planificador prioriza los procesos basándose en factores como su nivel de prioridad y la cantidad de tiempo de CPU que han consumido. Esto garantiza un equilibrio entre procesos en primer plano (interactivos) y en segundo plano (por lotes).
• Multitarea apropiativa: Linux emplea multitarea apropiativa (preemptive multitasking), donde el planificador de llamadas del sistema puede interrumpir un proceso en ejecución para dar tiempo a otro proceso. Esta capacidad es crucial para mantener la capacidad de respuesta del sistema, especialmente en un entorno multiusuario.
• Diferentes algoritmos de planificación: A lo largo de los años, diferentes versiones del kernel de Linux han utilizado varios algoritmos de planificación. El algoritmo más conocido es el Completely Fair Scheduler (CFS), que se introdujo en Linux 2.6.23. CFS tiene como objetivo asignar tiempo de CPU a los procesos de manera que cada uno obtenga una parte justa del tiempo de CPU.
• Equilibrio de carga: En sistemas multinúcleo, el planificador también gestiona el equilibrio de carga, distribuyendo procesos entre diferentes núcleos de procesador para optimizar el rendimiento y la eficiencia energética.
• Planificación en tiempo real: Linux también admite políticas de planificación en tiempo real (como FIFO y round-robin), que son cruciales para tareas sensibles al tiempo donde el tiempo de ejecución de código predecible es más importante que el rendimiento general del sistema.
• Cgroups y grupos de control: Los sistemas Linux modernos utilizan grupos de control (cgroups) para agrupar procesos y aplicar políticas como límites de tiempo de CPU o prioridades a todo el grupo, dando a los administradores más control sobre la programación de asignación de recursos.

Linux Scheduler vs Herramientas de programación de trabajos

Las herramientas de planificación de trabajos de nivel empresarial permiten a las empresas manejar flujos de trabajo más complejos que un planificador básico como cron o el Linux Scheduler. Estas herramientas pueden ser una alternativa cuando los usuarios han superado su planificador existente, como el Linux Scheduler, y buscan una actualización.

Podría haber casos en los que el Linux Scheduler, particularmente su implementación como Completely Fair Scheduler (CFS), y las herramientas de planificación de trabajos de nivel empresarial pueden trabajar juntos para garantizar tanto la eficiencia a nivel de sistema como la automatización a nivel de flujo de trabajo.

Linux Scheduler

Propósito: El Linux Scheduler (como CFS) es un componente del kernel de bajo nivel responsable de decidir qué proceso obtiene tiempo de CPU y cuándo. Es integral para la funcionalidad central del sistema operativo.

Enfoque: Gestiona la asignación de tiempo de CPU entre todos los procesos en ejecución en un sistema, asegurando una distribución justa, capacidad de respuesta y utilización eficiente de los recursos de CPU.

Alcance: Opera a nivel de proceso o hilo dentro de un solo sistema.

Herramientas de programación de trabajos

Propósito: Las herramientas de programación de trabajos son herramientas de alto nivel, a menudo orientadas a aplicaciones, diseñadas para automatizar y programar procesos y tareas empresariales.

Enfoque: Estas herramientas gestionan la ejecución de trabajos por lotes o flujos de trabajo, que pueden implicar múltiples pasos, dependencias y criterios de programación. Se utilizan para orquestar tareas como copias de seguridad de datos, generación de informes o cualquier secuencia compleja de operaciones en entornos empresariales.

Alcance: Puede operar en múltiples sistemas y plataformas, orquestando tareas que pueden involucrar varias aplicaciones o servicios diferentes.

¿Cuál es la diferencia entre ‘Cron’ y el Linux Scheduler CFS?

CFS y ‘cron’ son partes integrales de los sistemas Linux pero tienen propósitos diferentes. En esencia, CFS se trata de distribuir el tiempo de CPU de manera justa entre los procesos en ejecución, mientras que cron se trata de cuándo ejecutar tareas específicas basadas en el reloj/calendario.

Diferencias clave

• Funcionalidad y rol: CFS es un planificador de procesos para gestionar cómo los procesos comparten el tiempo de CPU, mientras que cron es un planificador de trabajos para ejecutar tareas en horarios programados.
• Nivel de operación: CFS opera a nivel del kernel, manejando la planificación en tiempo real de procesos, mientras que cron opera a un nivel superior, tratando con la programación de tareas que no necesariamente se ejecutan continuamente.
• Continuo vs. Discreto: CFS trabaja continuamente mientras el sistema está en funcionamiento, gestionando la asignación de CPU de forma dinámica. Por el contrario, cron ejecuta tareas en momentos específicos y predefinidos.

Herramientas como Stonebranch también pueden ser alternativas a cron, especialmente para empresas o negocios medianos con requisitos de programación complejos y en tiempo real. Si bien ambos se utilizan para la programación de trabajos, difieren significativamente en características, capacidades y casos de uso. Para más sobre este tema, Principales alternativas a Cron.

¿Cómo se pueden automatizar las cargas de trabajo con el Linux Scheduler?

La automatización de cargas de trabajo con el Linux Scheduler no consiste en programar directamente el planificador en sí; más bien, implica el uso de varias herramientas y técnicas en Linux que interactúan con el planificador para gestionar y automatizar tareas. Aquí hay algunas formas de automatizar la programación de tareas y gestionar las cargas de trabajo de manera efectiva en un entorno Linux:

• Trabajos Cron: Quizás el método más común para automatizar tareas en Linux es a través de trabajos cron. Cron es un demonio en segundo plano a nivel de usuario (crond) que verifica continuamente los archivos de configuración llamados crontabs para ejecutar comandos o scripts a intervalos fijos. Cada entrada de crontab se basa en una sintaxis estricta que consta de cinco campos de fecha y hora seguidos de la ruta absoluta del comando a ejecutar:

• Comandos nice y renice: Puede usar los comandos nice y renice para influir en la prioridad de un proceso. Esto no programa una tarea per se, pero altera cómo el planificador trata un proceso, lo que puede ser parte de una estrategia de automatización para garantizar que las tareas críticas obtengan más tiempo de CPU.
• Grupos de control (cgroups): cgroups le permiten asignar recursos, como tiempo de CPU, memoria del sistema, ancho de banda de red o combinaciones de estos recursos, entre grupos de tareas definidos por el usuario. Con cgroups, puede asegurarse de que ciertas aplicaciones o servicios obtengan los recursos que necesitan como parte de un flujo de trabajo automatizado.
• Systemd y archivos de unidad: Systemd, el sistema de inicio y gestor de sistema para la mayoría de las distribuciones de Linux, permite una programación y gestión más avanzadas de los servicios. Utiliza archivos de unidad para describir cómo deben iniciarse, detenerse y operar los servicios. Puede configurar systemd para que inicie servicios automáticamente en el arranque, después de que ciertos otros servicios estén activos, o en un horario específico.
• Scripting y herramientas de automatización: El scripting en bash u otros lenguajes de shell, junto con herramientas de automatización como ActiveBatch, Ansible, Puppet o Chef, se pueden utilizar para automatizar tareas. Si bien estos scripts y herramientas no interactúan directamente con el Linux Scheduler, se pueden usar para crear flujos de trabajo complejos y gestionar cuándo y cómo se ejecutan los diferentes procesos.
• Ajuste del kernel: Para usuarios avanzados, ajustar los parámetros del kernel a través de sysctl u otras interfaces del kernel puede influir en el comportamiento del planificador. Este es un enfoque más sofisticado y requiere un conocimiento profundo del kernel de Linux.
• El comando ‘at’ para tareas únicas: Si bien cron está optimizado para tareas recurrentes de infraestructura, la utilidad at proporciona programación de trabajos de una sola instancia sin contaminar su archivo crontab. Analiza cadenas de tiempo legibles por humanos:
  • at noon tomorrow: Programa un trabajo ad-hoc para 12:00 PM del día siguiente.
  • at now + 1 hour: Programa un script temporal para ejecutarse exactamente 60 minutos después del tiempo de ejecución.
  • Los administradores realizan un seguimiento de las tareas pendientes utilizando atq (viendo la cola de trabajos) y pueden eliminar limpiamente las entradas no ejecutadas utilizando atrm [job_id].

¿Cuáles son las alternativas al Linux Scheduler?

Existen varias alternativas al planificador de kernel de Linux predeterminado (principalmente el Completely Fair Scheduler, o algoritmo de planificación CFS). Estas alternativas pueden ser planificadores de trabajos empresariales de terceros para casos en los que las empresas han superado el planificador de trabajos de Linux, otros planificadores dentro del kernel de Linux o diferentes enfoques de planificación en otros sistemas operativos. Aquí hay algunos ejemplos notables:

Herramientas de programación de trabajos de terceros con amplias capacidades

• Stonebranch Universal Automation Center (UAC): Stonebranch UAC sirve como una plataforma de automatización única para gestionar procesos de carga de trabajo en entornos empresariales, ofreciendo una interfaz web unificada, motor de ejecución distribuido, visualización de carga de trabajo y características integradas de disponibilidad y recuperación ante desastres.
• ActiveBatch: ActiveBatch es una solución de automatización de cargas de trabajo y programación de trabajos que va más allá de las capacidades de un Linux Scheduler básico. Está diseñada para proporcionar una plataforma centralizada para automatizar y gestionar flujos de trabajo complejos en diversos entornos, incluidos Windows, Linux, Unix y más.
• JAMS Scheduler: JAMS centraliza la gestión de procesos por lotes de Linux y UNIX en una sola interfaz. Ofrece sólidas funciones de programación de trabajos y automatización de cargas de trabajo, incluida la programación basada en eventos y desencadenadores. También proporciona un Método de Ejecución de Airflow para monitorear DAGs de Airflow y un Método de Ejecución de Azure Blob para tareas de almacenamiento en la nube de Azure. Esto aporta flexibilidad moderna a la programación tradicional de trabajos Cron en entornos Linux y en la nube

Alternativas dentro de Linux

• Planificador O(1): Antes de CFS, el kernel de Linux utilizaba el planificador O(1), diseñado para una operación de tiempo constante independientemente del número de tareas. Fue el planificador predeterminado en kernels Linux 2.6 antes de la versión 2.6.23.
• Brain Fuck Scheduler (BFS): BFS, creado por Con Kolivas, está destinado a mejorar la capacidad de respuesta del sistema, especialmente para sistemas de escritorio con menos de 16 núcleos. Es más simple que CFS y puede ser beneficioso para sistemas de un solo usuario.
• MuQSS (Multiple Queue Skiplist Scheduler): También desarrollado por Con Kolivas como sucesor de BFS, MuQSS tiene como objetivo mejorar el rendimiento en sistemas de escritorio. Reemplaza la estructura de cola de ejecución de CFS con una lista de saltos (skiplist).
• Planificadores en tiempo real (RT): Linux ofrece políticas de planificación en tiempo real, como FIFO (primero en entrar, primero en salir) y round-robin, para tareas donde el tiempo constante es más crítico que el rendimiento general del sistema. A menudo se utilizan junto con el parche PREEMPT_RT para sistemas Linux en tiempo real.
• Planificadores de plazo (Deadline): Estos planificadores, como SCHED_DEADLINE (introducido en el kernel de Linux 3.14), están diseñados para tareas con restricciones de tiempo específicas. Planifican las tareas en función de los plazos definidos por la aplicación.

Alternativas en otros sistemas operativos

• Planificador de Windows NT: Un planificador basado en prioridades optimizado para la capacidad de respuesta del escritorio. En canalizaciones de DevOps, interactúa con Linux a través de Windows Subsystem for Linux (WSL), permitiendo que el Programador de tareas de Windows active de forma nativa canalizaciones de IA locales, descargas de Hugging Face y tareas de GPU que se ejecutan dentro de entornos Ubuntu virtualizados.
• Planificador de macOS: macOS utiliza una combinación de planificación tradicional basada en Unix con extensiones para la capacidad de respuesta de la GUI, enfatizando experiencias de usuario fluidas en tareas interactivas.
• Planificador de Solaris: El planificador utilizado en Oracle Solaris (e históricamente Sun Solaris) incluye soporte tanto para planificación en tiempo real como de reparto justo, ofreciendo flexibilidad para una gama de aplicaciones desde escritorios hasta servidores.
• Planificadores BSD: Las variantes de BSD (como FreeBSD, OpenBSD) utilizan diferentes planificadores. FreeBSD, por ejemplo, utiliza el planificador ULE (Unix-Like Scheduler), que está optimizado para el rendimiento en sistemas multinúcleo.
• Planificadores RTOS: Los sistemas operativos en tiempo real (RTOS) como RTLinux, VxWorks o QNX utilizan planificadores optimizados para el rendimiento en tiempo real, ofreciendo un comportamiento de planificación predecible y determinista.

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Lectura adicional

• Principales alternativas al planificador de trabajos de SAP

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Cem Dilmegani

Analista Principal

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Cem ha sido el analista principal en AIMultiple desde 2017. AIMultiple informa a cientos de miles de empresas (según similarWeb), incluido el 60% de Fortune 500 cada mes.

El trabajo de Cem ha sido citado por publicaciones globales líderes como Business Insider, Forbes, Washington Post, firmas globales como Deloitte, HPE y ONG como el Foro Económico Mundial y organizaciones supranacionales como la Comisión Europea.

A lo largo de su carrera, Cem se ha desempeñado como consultor tecnológico, comprador de tecnología y emprendedor tecnológico. Asesoró a empresas en sus decisiones tecnológicas en McKinsey & Company y Altman Solon durante más de una década. También publicó un informe de McKinsey sobre digitalización.

Lideró la estrategia tecnológica y las adquisiciones de una empresa de telecomunicaciones reportando directamente al CEO. También lideró el crecimiento comercial de la empresa de tecnología profunda Hypatos, que alcanzó ingresos recurrentes anuales de 7 dígitos y una valoración de 9 dígitos desde 0 en 2 años. El trabajo de Cem en Hypatos fue cubierto por publicaciones tecnológicas líderes como TechCrunch y Business Insider.

Cem habla regularmente en conferencias internacionales de tecnología. Se graduó de la Universidad de Bogazici como ingeniero informático y tiene un MBA de Columbia Business School.

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Hazal Şimşek

Analista de Industria

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Hazal es analista de industria en AIMultiple, dedicándose a la minería de procesos y la automatización de TI.

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