Planificateur de tâches Linux: examen, guide et alternatives

Le planificateur de tâches Linux et « cron », un planificateur basé sur le temps, sont des outils courants de planification de tâches. Si vous :

• Vous souhaitez apprendre la planification de tâches sous Linux, découvrez le planificateur Linux et cron.
• N'êtes pas sûr que le planificateur Linux soit suffisant pour votre cas d'utilisation, découvrez les différents planificateurs de tâches.
• Travaillez pour une entreprise qui utilise actuellement le planificateur Linux et envisage de passer à un planificateur de tâches de niveau entreprise, pensez aux planificateurs de tâches aux capacités étendues.

* Planificateur complètement équitable Linux (CFS)

** Les planificateurs de tâches d'entreprise incluent Stonebranch, ActiveBatch, RunMyJobs et JAMS Scheduler.

Qu'est-ce que le planificateur Linux ?

Un planificateur de tâches Linux est un outil utilisé dans les systèmes Linux pour automatiser les tâches de routine et la planification des tâches sans intervention manuelle. Il gère les tâches planifiées, en s'assurant qu'elles s'exécutent aux heures prédéfinies.

Le planificateur du noyau s'occupe strictement de l'exécution du code actif sur les cœurs CPU physiques. Voici comment le planificateur moderne du noyau Linux a évolué :

• EEVDF (Earliest Eligible Virtual Deadline First) est l'implémentation moderne du planificateur Linux, introduite dans la version du noyau 6.6 (octobre 2023) pour remplacer le CFS de longue date. Tout en conservant l'« équité » de son prédécesseur, EEVDF ajoute un mécanisme spécifique de « deadline » conçu pour mieux gérer les tâches sensibles au retard. EEVDF est désormais l'algorithme par défaut standard.
• CFS (Completely Fair Scheduler) est une implémentation spécifique du planificateur Linux introduite dans la version du noyau 2.6.23. CFS vise à fournir de l'équité en allouant du temps CPU proportionnellement entre les tâches en fonction de la priorité et du temps d'exécution. CFS est un type de planificateur Linux, plus précisément, c'est l'algorithme de planification par défaut actuel utilisé dans le cadre plus large du planificateur Linux.

Les principaux aspects du planificateur du noyau Linux incluent :

• Priorisation des processus : Le planificateur priorise les processus en fonction de facteurs tels que leur niveau de priorité et la quantité de temps CPU qu'ils ont consommée. Cela garantit un équilibre entre les processus de premier plan (interactifs) et d'arrière-plan (par lots).
• Multitâche préemptif : Linux utilise le multitâche préemptif, où le planificateur d'appels système peut interrompre un processus en cours pour donner du temps à un autre processus. Cette capacité est cruciale pour maintenir la réactivité du système, en particulier dans un environnement multi-utilisateur.
• Différents algorithmes de planification : Au fil des ans, différentes versions du noyau Linux ont utilisé divers algorithmes de planification. L'algorithme le plus connu est le Planificateur complètement équitable (CFS), introduit dans Linux 2.6.23. CFS vise à allouer du temps CPU aux processus de manière à ce que chacun reçoive une part équitable du temps CPU.
• Équilibrage de charge : Dans les systèmes multicœurs, le planificateur gère également l'équilibrage de charge, en répartissant les processus sur les différents cœurs du processeur pour optimiser les performances et l'efficacité énergétique.
• Planification en temps réel : Linux prend également en charge les politiques de planification en temps réel (comme FIFO et round-robin), qui sont cruciales pour les tâches sensibles au temps où la prévisibilité du temps d'exécution du code est plus importante que le débit global du système.
• Cgroups et groupes de contrôle : Les systèmes Linux modernes utilisent des groupes de contrôle (cgroups) pour regrouper les processus et appliquer des politiques telles que des limites de temps CPU ou des priorités à l'ensemble du groupe, donnant aux administrateurs un meilleur contrôle sur l'allocation des ressources de planification des processus.

Planificateur Linux vs outils de planification de tâches

Les outils de planification de tâches de niveau entreprise permettent aux entreprises de gérer des flux de travail plus complexes qu'un planificateur de base comme cron ou le planificateur Linux. Ces outils peuvent être une alternative lorsque les utilisateurs ont dépassé leur planificateur existant, tel que le planificateur Linux, et recherchent une mise à niveau.

Il peut y avoir des cas où le planificateur Linux, en particulier son implémentation en tant que Planificateur complètement équitable (CFS), et les outils de planification de tâches d'entreprise peuvent fonctionner ensemble pour garantir à la fois l'efficacité au niveau du système et l'automatisation au niveau des flux de travail.

Planificateur Linux

Objectif : Le planificateur Linux (comme CFS) est un composant du noyau de bas niveau chargé de décider quel processus obtient du temps CPU et quand. Il fait partie intégrante de la fonctionnalité de base du système d'exploitation.

Orientation : Il gère l'allocation du temps CPU entre tous les processus en cours d'exécution sur un système, garantissant une distribution équitable, la réactivité et une utilisation efficace des ressources CPU.

Portée : Fonctionne au niveau du processus ou du thread au sein d'un système unique.

Outils de planification de tâches

Objectif : Les outils de planification de tâches sont des outils de haut niveau, souvent orientés applications, conçus pour automatiser et planifier les processus métier et les tâches.

Orientation : Ces outils gèrent l'exécution de tâches par lots ou de flux de travail, qui peuvent impliquer plusieurs étapes, dépendances et critères de planification. Ils sont utilisés pour orchestrer des tâches telles que les sauvegardes de données, la génération de rapports ou toute séquence complexe d'opérations dans les environnements d'entreprise.

Portée : Peut fonctionner sur plusieurs systèmes et plates-formes, orchestrant des tâches qui peuvent impliquer plusieurs applications ou services différents.

Quelle est la différence entre « Cron » et le planificateur Linux CFS

CFS et « cron » font partie intégrante des systèmes Linux mais servent des objectifs différents. En substance, CFS consiste à répartir équitablement le temps CPU entre les processus en cours d'exécution, tandis que cron détermine quand exécuter des tâches spécifiques en fonction de l'horloge/du calendrier.

Principales différences

• Fonctionnalité et rôle : CFS est un planificateur de processus qui gère la manière dont les processus partagent le temps CPU, tandis que cron est un planificateur de tâches pour exécuter des tâches à des heures planifiées.
• Niveau d'opération : CFS fonctionne au niveau du noyau, gérant la planification en temps réel des processus, tandis que cron fonctionne à un niveau supérieur, traitant de la planification de tâches qui ne sont pas nécessairement en cours d'exécution continue.
• Continu vs. discret : CFS fonctionne en continu tant que le système est en marche, gérant l'allocation CPU de manière dynamique. En revanche, cron exécute des tâches à des moments spécifiques et prédéfinis.

Des outils comme Stonebranch peuvent également être des alternatives à cron, en particulier pour les entreprises ou les PME ayant des exigences complexes de planification en temps réel. Bien que les deux soient utilisés pour la planification des tâches, ils diffèrent considérablement en termes de fonctionnalités, de capacités et de cas d'utilisation. Pour en savoir plus, Principales alternatives à Cron.

Comment automatiser les charges de travail avec le planificateur Linux ?

Automatiser les charges de travail avec le planificateur Linux ne consiste pas à programmer directement le planificateur lui-même ; il s'agit plutôt d'utiliser divers outils et techniques sous Linux qui interagissent avec le planificateur pour gérer et automatiser les tâches. Voici quelques façons d'automatiser la planification des tâches et de gérer efficacement les charges de travail dans un environnement Linux :

• Tâches cron : La méthode la plus courante pour automatiser des tâches sous Linux est probablement les tâches cron. Cron est un démon d'arrière-plan au niveau utilisateur (crond) qui vérifie en continu les fichiers de configuration appelés crontabs pour exécuter des commandes ou des scripts à intervalles fixes. Chaque entrée crontab repose sur une syntaxe stricte composée de cinq champs de date et d'heure suivis du chemin absolu de la commande à exécuter :

• Commandes nice et renice : Vous pouvez utiliser les commandes nice et renice pour influencer la priorité d'un processus. Cela ne planifie pas une tâche en soi, mais modifie la manière dont le planificateur traite un processus, ce qui peut faire partie d'une stratégie d'automatisation pour garantir que les tâches critiques obtiennent plus de temps CPU.
• Groupes de contrôle (cgroups) : Les cgroups vous permettent d'allouer des ressources, telles que le temps CPU, la mémoire système, la bande passante réseau, ou des combinaisons de ces ressources, entre des groupes de tâches définis par l'utilisateur. Avec les cgroups, vous pouvez vous assurer que certaines applications ou services obtiennent les ressources dont ils ont besoin dans le cadre d'un flux de travail automatisé.
• Systemd et fichiers d'unité : Systemd, le système d'initialisation et gestionnaire de système pour la plupart des distributions Linux, permet une planification et une gestion plus avancées des services. Il utilise des fichiers d'unité pour décrire comment les services doivent démarrer, s'arrêter et fonctionner. Vous pouvez configurer systemd pour démarrer automatiquement des services au démarrage, après le démarrage de certains autres services, ou selon un calendrier spécifique.
• Scripts et outils d'automatisation : L'écriture de scripts en bash ou dans d'autres langages shell, ainsi que des outils d'automatisation tels que ActiveBatch, Ansible, Puppet ou Chef, peuvent être utilisés pour automatiser des tâches. Bien que ces scripts et outils n'interagissent pas directement avec le planificateur Linux, ils peuvent être utilisés pour créer des flux de travail complexes et gérer quand et comment différents processus s'exécutent.
• Réglage du noyau : Pour les utilisateurs avancés, le réglage des paramètres du noyau via sysctl ou d'autres interfaces du noyau peut influencer le comportement du planificateur. Il s'agit d'une approche plus sophistiquée qui nécessite une connaissance approfondie du noyau Linux.
• La commande « At » pour les tâches ponctuelles : Alors que cron est optimisé pour les tâches d'infrastructure récurrentes, l'utilitaire at permet de planifier des tâches à instance unique sans contaminer votre fichier crontab. Il analyse des chaînes de temps lisibles par l'homme :
  • at noon tomorrow : Planifie une tâche ad hoc pour le lendemain à 12:00 PM.
  • at now + 1 hour : Planifie l'exécution d'un script temporaire exactement 60 minutes après l'exécution.
  • Les administrateurs suivent les tâches en attente à l'aide de atq (affichage de la file d'attente des travaux) et peuvent supprimer proprement les entrées non exécutées en utilisant atrm [job_id].

Quelles sont les alternatives au planificateur Linux ?

Il existe plusieurs alternatives au planificateur de noyau Linux par défaut (principalement le Planificateur complètement équitable, ou l'algorithme de planification CFS). Ces alternatives peuvent être des planificateurs de tâches d'entreprise tiers pour les cas où les entreprises ont dépassé le planificateur de tâches Linux, d'autres planificateurs dans le noyau Linux ou différentes approches de planification dans d'autres systèmes d'exploitation. Voici quelques exemples notables :

Outils de planification de tâches tiers aux capacités étendues

• Stonebranch Universal Automation Center (UAC) : Stonebranch UAC sert de plateforme d'automatisation unique pour la gestion des processus de charge de travail dans les environnements d'entreprise, offrant une interface Web unifiée, un moteur d'exécution distribué, une visualisation de la charge de travail et des fonctionnalités de disponibilité et de reprise après sinistre intégrées​
• ActiveBatch : ActiveBatch est une solution d'automatisation de la charge de travail et de planification des tâches qui va au-delà des capacités d'un planificateur Linux de base. Il est conçu pour fournir une plateforme centralisée pour automatiser et gérer des flux de travail complexes dans divers environnements, notamment Windows, Linux, Unix, etc.
• JAMS Scheduler : JAMS centralise la gestion des processus par lots Linux et UNIX dans une interface unique. Il offre des fonctionnalités robustes de planification des tâches et d'automatisation de la charge de travail, y compris la planification basée sur des événements et des déclencheurs. Il fournit également une méthode d'exécution Airflow pour surveiller les DAGs Airflow et une méthode d'exécution Azure Blob pour les tâches de stockage cloud Azure. Cela apporte une flexibilité moderne à la planification traditionnelle des tâches Cron dans les environnements Linux et cloud

Alternatives au sein de Linux

• Planificateur O(1) : Avant CFS, le noyau Linux utilisait le planificateur O(1), conçu pour un fonctionnement en temps constant quel que soit le nombre de tâches. C'était le planificateur par défaut dans les noyaux Linux 2.6 antérieurs à la version 2.6.23.
• Brain Fuck Scheduler (BFS) : BFS, créé par Con Kolivas, vise à améliorer la réactivité du système, en particulier pour les systèmes de bureau avec moins de 16 cœurs. Il est plus simple que CFS et peut être bénéfique pour les systèmes mono-utilisateur.
• MuQSS (Multiple Queue Skiplist Scheduler) : Également développé par Con Kolivas en tant que successeur de BFS, MuQSS vise à améliorer les performances sur les systèmes de bureau. Il remplace la structure runqueue de CFS par une skiplist.
• Planificateurs temps réel (RT) : Linux propose des politiques de planification en temps réel, telles que FIFO (premier entré, premier sorti) et round-robin, pour les tâches où la régularité temporelle est plus critique que le débit global du système. Elles sont souvent utilisées en conjonction avec le patch PREEMPT_RT pour les systèmes Linux temps réel.
• Planificateurs d'échéance : Ces planificateurs, comme SCHED_DEADLINE (introduit dans le noyau Linux 3.14), sont conçus pour les tâches ayant des contraintes de temps spécifiques. Ils planifient les tâches en fonction des échéances définies par l'application.

Alternatives dans d'autres systèmes d'exploitation

• Planificateur Windows NT : Un planificateur basé sur les priorités optimisé pour la réactivité du bureau. Dans les pipelines DevOps, il s'interface avec Linux via le sous-système Windows pour Linux (WSL), permettant au planificateur de tâches Windows de déclencher nativement des pipelines d'IA locaux, des téléchargements Hugging Face et des tâches GPU s'exécutant dans des environnements Ubuntu virtualisés.
• Planificateur macOS : macOS utilise une combinaison de planification traditionnelle basée sur Unix avec des extensions pour la réactivité de l'interface graphique, mettant l'accent sur des expériences utilisateur fluides dans les tâches interactives.
• Planificateur Solaris : Le planificateur utilisé dans Oracle Solaris (et historiquement Sun Solaris) inclut la prise en charge de la planification en temps réel et de la planification équitable, offrant une flexibilité pour une gamme d'applications allant des postes de travail aux serveurs.
• Planificateurs BSD : Les variantes de BSD (comme FreeBSD, OpenBSD) utilisent différents planificateurs. FreeBSD, par exemple, utilise le planificateur ULE (Unix-Like Scheduler), optimisé pour les performances sur les systèmes multicœurs.
• Planificateurs RTOS : Les systèmes d'exploitation temps réel (RTOS) comme RTLinux, VxWorks ou QNX utilisent des planificateurs optimisés pour les performances en temps réel, offrant un comportement de planification prévisible et déterministe.

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Pour en savoir plus

• Principales alternatives au planificateur de tâches SAP

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Cem Dilmegani

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Cem est analyste principal chez AIMultiple depuis 2017. AIMultiple informe des centaines de milliers d'entreprises (selon SimilarWeb) dont 60 % du Fortune 500 chaque mois.

Les travaux de Cem ont été cités par des publications internationales de premier plan telles que Business Insider, Forbes, Washington Post, des entreprises mondiales comme Deloitte, HPE et des ONG comme le Forum économique mondial et des organisations supranationales comme la Commission européenne.

Tout au long de sa carrière, Cem a exercé en tant que consultant tech, acheteur tech et entrepreneur tech. Il a conseillé des entreprises sur leurs décisions technologiques chez McKinsey & Company et Altman Solon pendant plus d'une décennie. Il a également publié un rapport McKinsey sur la numérisation.

Il a dirigé la stratégie technologique et les achats d'un opérateur télécom tout en rendant compte au PDG. Il a également mené la croissance commerciale de l'entreprise deep tech Hypatos qui a atteint un chiffre d'affaires récurrent annuel à 7 chiffres et une valorisation à 9 chiffres à partir de 0 en 2 ans. Le travail de Cem chez Hypatos a été couvert par des publications technologiques de premier plan comme TechCrunch et Business Insider.

Cem intervient régulièrement lors de conférences technologiques internationales. Il est diplômé de la Bogazici University en tant qu'ingénieur informatique et détient un MBA de la Columbia Business School.

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Hazal Şimşek

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Hazal est analyste sectorielle chez AIMultiple, spécialisée dans le process mining et l'automatisation informatique.

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