Planificateur de tâches Linux: examen, guide et alternatives

Le planificateur de tâches Linux et « cron », un planificateur de tâches basé sur le temps, sont des outils courants de planification de tâches. Si 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, envisagez des planificateurs de tâches aux capacités étendues.

* Linux Completely Fair Scheduler (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 routinières et la planification des tâches sans intervention manuelle. Il gère les tâches planifiées, en s'assurant qu'elles s'exécutent à des moments prédéfinis.

Le planificateur du noyau traite 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 6.6 du noyau (octobre 2023) pour remplacer le CFS de longue date. Bien qu'EEVDF conserve l'« équité » de son prédécesseur, il ajoute un mécanisme de « deadline » spécifique 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 2.6.23 du noyau. CFS vise à fournir de l'équité en allouant le 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 aspects clés 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 assure un équilibre entre les processus de premier plan (interactifs) et d'arrière-plan (batch).
• Multitâche préemptif : Linux utilise le multitâche préemptif, où le planificateur d'appels système peut interrompre un processus en cours d'exécution 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 Completely Fair Scheduler (CFS), qui a été introduit dans Linux 2.6.23. CFS vise à allouer le temps CPU aux processus de manière à ce que chacun obtienne une part équitable du temps CPU.
• Équilibrage de charge : Dans les systèmes multi-cœurs, le planificateur gère également l'équilibrage de charge, en répartissant les processus sur différents cœurs de 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 timing 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 plus de contrôle sur la planification des processus d'allocation des ressources.

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 cherchent une mise à niveau.

Il peut y avoir des cas où le planificateur Linux, en particulier son implémentation en tant que Completely Fair Scheduler (CFS), et les outils de planification de tâches de niveau entreprise peuvent travailler ensemble pour assurer 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 responsable de décider quel processus obtient du temps CPU et quand. Il fait partie intégrante de la fonctionnalité principale du système d'exploitation.

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

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

Outils de planification de tâches

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

Focus : Ces outils gèrent l'exécution de jobs batch 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 métier.

Portée : Peut fonctionner sur plusieurs systèmes et plateformes, 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. Essentiellement, CFS concerne la distribution équitable du temps CPU entre les processus en cours d'exécution, tandis que cron concerne le moment d'exécuter des tâches spécifiques en fonction de l'horloge/du calendrier.

Différences clés

• Fonctionnalité et rôle : CFS est un planificateur de processus pour gérer comment 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 exécutées en continu.
• 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 entreprises de taille intermédiaire avec des exigences de planification complexes en temps réel. Bien que les deux soient utilisés pour la planification de tâches, ils diffèrent considérablement en termes de fonctionnalités, de capacités et de cas d'utilisation. Pour en savoir plus sur ce sujet, Top des alternatives à Cron.

Comment automatiser les charges de travail avec le planificateur Linux ?

L'automatisation des 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 peut-être 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 temps et de date 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 cela modifie la façon 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, parmi 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 unit : Systemd, le système d'init et le gestionnaire de système pour la plupart des distributions Linux, permet une planification et une gestion plus avancées des services. Il utilise des fichiers unit pour décrire comment les services doivent démarrer, s'arrêter et fonctionner. Vous pouvez configurer systemd pour démarrer automatiquement les services au démarrage, après que certains autres services sont opérationnels, ou selon un calendrier spécifique.
• Outils de script et d'automatisation : Les scripts en bash ou dans d'autres langages shell, ainsi que les outils d'automatisation comme 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 fournit une planification de tâches à instance unique sans contaminer votre fichier crontab. Il analyse des chaînes de temps lisibles par l'humain :
  • at noon tomorrow : Planifie une tâche ad hoc pour 12h00 le jour suivant.
  • at now + 1 hour : Planifie un script temporaire pour s'exécuter exactement 60 minutes après le lancement.
  • Les administrateurs suivent les tâches en attente en utilisant atq (visualisation de la file d'attente des tâches) 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 par défaut du noyau Linux (principalement le Completely Fair Scheduler, ou l'algorithme de planification CFS). Ces alternatives peuvent être des planificateurs de tâches tiers de niveau entreprise pour les cas où les entreprises ont dépassé le planificateur de tâches Linux, d'autres planificateurs au sein du noyau Linux, ou différentes approches de planification dans d'autres systèmes d'exploitation. Voici quelques exemples notables :

Outils de planification de tâches tiers avec des capacités étendues

• Stonebranch Universal Automation Center (UAC) : Stonebranch UAC sert de plateforme d'automatisation unique pour gérer les 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 intégrées de disponibilité et de reprise après sinistre.
• ActiveBatch : ActiveBatch est une solution d'automatisation de la charge de travail et de planification de 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, y compris Windows, Linux, Unix et plus encore.
• JAMS Scheduler : JAMS centralise la gestion des processus batch Linux et UNIX dans une interface unique. Il offre des fonctionnalités robustes de planification de tâches et d'automatisation de la charge de travail, y compris la planification basée sur les événements et les déclencheurs. Il fournit également une méthode d'exécution Airflow pour surveiller les DAG 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 avant 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 comme successeur de BFS, MuQSS vise à améliorer les performances sur les systèmes de bureau. Il remplace la structure de file d'attente d'exécution de CFS par une liste de saut (skiplist).
• Planificateurs temps réel (RT) : Linux propose des politiques de planification en temps réel, comme FIFO (First In, First Out) et round-robin, pour les tâches où un timing cohérent est plus critique que le débit global du système. Ceux-ci sont souvent utilisés en conjonction avec le patch PREEMPT_RT pour les systèmes Linux temps réel.
• Planificateurs à échéance : Ces planificateurs, comme SCHED_DEADLINE (introduit dans le noyau Linux 3.14), sont conçus pour les tâches avec 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 la priorité optimisé pour la réactivité du bureau. Dans les pipelines DevOps, il s'interface avec Linux via Windows Subsystem for Linux (WSL), permettant au planificateur de tâches Windows de déclencher nativement des pipelines 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 du partage équitable, offrant une flexibilité pour une gamme d'applications, des bureaux aux serveurs.
• Planificateurs BSD : Les variantes de BSD (comme FreeBSD, OpenBSD) utilisent différents planificateurs. FreeBSD, par exemple, utilise le planificateur ULE (Unix-Like Scheduler), qui est optimisé pour les performances sur les systèmes multi-cœurs.
• 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

• Top des 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 chaque mois des centaines de milliers d'entreprises (selon similarWeb), dont 55 % des entreprises du classement Fortune 500. Les travaux de Cem ont été cités par des publications internationales de premier plan telles que Business Insider, Forbes et le Washington Post, ainsi que par des entreprises mondiales comme Deloitte et HPE, des ONG comme le Forum économique mondial et des organisations supranationales comme la Commission européenne. Vous trouverez d'autres entreprises et ressources réputées ayant fait référence à AIMultiple. Tout au long de sa carrière, Cem a exercé les fonctions de consultant, d'acheteur et d'entrepreneur dans le secteur des technologies. Il a conseillé des entreprises sur leurs décisions technologiques chez McKinsey & Company et Altman Solon pendant plus de dix ans. Il a également publié un rapport McKinsey sur la numérisation. Il a dirigé la stratégie technologique et les achats d'un opérateur télécom, sous la responsabilité directe du PDG. Il a également piloté la croissance commerciale de la société de deep tech Hypatos, qui a atteint un chiffre d'affaires annuel récurrent à sept chiffres et une valorisation à neuf chiffres en seulement deux ans. Les travaux de Cem chez Hypatos ont été présentés dans des publications technologiques de référence telles que TechCrunch et Business Insider. Cem intervient régulièrement lors de conférences internationales sur les technologies. Diplômé en génie informatique de l'université de Bogazici, il est également titulaire d'un MBA de la Columbia Business School.

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