Linux Job Scheduler: recensione, guida e alternative

Linux job scheduler e 'cron' si riferiscono sia agli strumenti che decidono quando eseguire un'attività, come cron, at e i timer systemd, sia allo scheduler della CPU del kernel (EEVDF, precedentemente CFS), che decide come i processi in esecuzione condividono la CPU. Se:

• Vuoi imparare la pianificazione dei job in Linux, scopri i Linux Scheduler e cron.
• Se non sei sicuro che i Linux Scheduler siano sufficienti per il tuo caso d'uso, scopri i diversi job scheduler.
• Se lavori per un'azienda che attualmente utilizza cron, at o i timer systemd e stai valutando di passare a un job scheduler di livello enterprise, prendi in considerazione job scheduler con funzionalità estese.

* Linux Completely Fair Scheduler (CFS)

** I job scheduler enterprise includono Stonebranch, ActiveBatch, RunMyJobs e JAMS Scheduler.

Che cos'è lo scheduler del kernel Linux?

Un job scheduler Linux è uno strumento utilizzato nei sistemi Linux per automatizzare le attività di routine e la pianificazione dei job senza intervento manuale. Gestisce le attività pianificate, garantendo che vengano eseguite negli orari predefiniti.

Lo scheduler del kernel si occupa esclusivamente dell'esecuzione del codice attivo sui core fisici della CPU. Ecco come si è evoluto il moderno scheduler del kernel Linux:

• EEVDF (Earliest Eligible Virtual Deadline First) è l'implementazione moderna del Linux Scheduler, introdotta nella versione del kernel 6.6 (ottobre 2023) per sostituire il longevo CFS. Sebbene EEVDF mantenga l'«equità» del suo predecessore, aggiunge uno specifico meccanismo di «scadenza» progettato per gestire meglio le attività sensibili ai ritardi. EEVDF è ora l'algoritmo predefinito standard.
• CFS (Completely Fair Scheduler) è un'implementazione specifica del Linux Scheduler introdotta nella versione del kernel 2.6.23. CFS mira a garantire equità allocando il tempo della CPU proporzionalmente tra le attività in base a priorità e tempo di esecuzione. CFS è stato lo scheduler Linux predefinito dal kernel 2.6.23 fino a quando EEVDF lo ha sostituito nel kernel 6.6.

Gli aspetti chiave dello scheduler del kernel Linux includono:

• Prioritizzazione dei processi: lo scheduler assegna priorità ai processi in base a fattori come il livello di priorità e la quantità di tempo di CPU che hanno consumato. Ciò garantisce un equilibrio tra processi in primo piano (interattivi) e in background (batch).
• Multitasking preemptive: Linux impiega il multitasking preemptive, in cui lo scheduler del kernel può interrompere un processo in esecuzione per dare tempo a un altro processo. Questa capacità è cruciale per mantenere la reattività del sistema, soprattutto in un ambiente multiutente.
• Diversi algoritmi di scheduling: nel corso degli anni, diverse versioni del kernel Linux hanno utilizzato vari algoritmi di scheduling. L'algoritmo più noto è il Completely Fair Scheduler (CFS), introdotto in Linux 2.6.23. CFS mira ad allocare il tempo di CPU ai processi in modo che ciascuno riceva una quota equa di tempo di CPU.
• Bilanciamento del carico: nei sistemi multi-core, lo scheduler gestisce anche il bilanciamento del carico, distribuendo i processi tra i diversi core del processore per ottimizzare prestazioni ed efficienza energetica.
• Pianificazione in tempo reale: Linux supporta anche politiche di scheduling in tempo reale (come FIFO e round-robin), cruciali per le attività sensibili al tempo in cui la prevedibilità dei tempi di esecuzione del codice è più importante del throughput complessivo del sistema.
• Cgroup e gruppi di controllo: i moderni sistemi Linux utilizzano i gruppi di controllo (cgroup) per raggruppare processi e applicare politiche come limiti di tempo di CPU o priorità all'intero gruppo, offrendo agli amministratori un maggiore controllo su come vengono allocati il tempo di CPU e altre risorse.

Linux Scheduler vs strumenti di job scheduling

Gli strumenti di job scheduling di livello enterprise consentono alle aziende di gestire flussi di lavoro più complessi rispetto ai job scheduler di base come cron, at o i timer systemd. Questi strumenti possono rappresentare un'alternativa quando gli utenti hanno superato questi scheduler e cercano un upgrade.

Possono esserci casi in cui lo scheduler del kernel Linux (EEVDF, precedentemente CFS) e gli strumenti di job scheduling di livello enterprise possono collaborare per garantire sia l'efficienza a livello di sistema sia l'automazione a livello di flusso di lavoro.

Linux Scheduler

Scopo: il Linux Scheduler (come CFS) è un componente del kernel di basso livello responsabile di decidere quale processo riceve tempo di CPU e quando. È parte integrante della funzionalità principale del sistema operativo.

Focus: gestisce l'allocazione del tempo della CPU tra tutti i processi in esecuzione su un sistema, garantendo una distribuzione equa, reattività e un utilizzo efficiente delle risorse CPU.

Ambito: opera a livello di processo o thread all'interno di un singolo sistema.

Strumenti di job scheduling

Scopo: gli strumenti di job scheduling sono strumenti di alto livello, spesso orientati alle applicazioni progettati per automatizzare e pianificare processi e attività aziendali.

Focus: questi strumenti gestiscono l'esecuzione di job batch o flussi di lavoro, che possono coinvolgere più passaggi, dipendenze e criteri di pianificazione. Vengono utilizzati per orchestrare attività come backup dei dati, generazione di report o qualsiasi sequenza complessa di operazioni in ambienti aziendali.

Ambito: può operare su più sistemi e piattaforme, orchestrando attività che possono coinvolgere diverse applicazioni o servizi.

Qual è la differenza tra 'Cron' e il Linux Scheduler CFS

Lo scheduler del kernel (EEVDF, precedentemente CFS) fa parte di ogni kernel Linux, mentre cron è un pacchetto opzionale. Hanno scopi diversi. In sostanza, CFS riguarda la distribuzione equa del tempo di CPU tra i processi attualmente in esecuzione, mentre cron riguarda quando eseguire attività specifiche in base all'orologio/calendario.

Differenze chiave

• Funzionalità e ruolo: CFS è uno scheduler di processi per gestire il modo in cui i processi condividono il tempo di CPU, mentre cron è un job scheduler per eseguire attività negli orari pianificati.
• Livello di funzionamento: CFS opera a livello di kernel, condividendo il tempo di CPU tra i processi normali (i processi in tempo reale sono gestiti dalle politiche separate SCHED_FIFO e SCHED_RR), mentre cron opera a un livello più alto, occupandosi della pianificazione di attività che non sono necessariamente in esecuzione continua.
• Continuo vs discreto: CFS lavora continuamente finché il sistema è in funzione, gestendo dinamicamente l'allocazione della CPU. Al contrario, cron esegue attività in momenti specifici e predefiniti.

Strumenti come Stonebranch possono anche essere alternative a cron, soprattutto per aziende enterprise o mid-market con requisiti complessi di pianificazione in tempo reale. Sebbene entrambi siano utilizzati per la pianificazione dei job, differiscono notevolmente per funzionalità, capacità e casi d'uso. Per ulteriori informazioni su questo argomento, le migliori alternative a Cron.

Come automatizzare i carichi di lavoro con il Linux Scheduler?

Automatizzare i carichi di lavoro con il Linux Scheduler non significa programmare direttamente lo scheduler stesso; piuttosto, implica l'uso di vari strumenti e tecniche in Linux che interagiscono con lo scheduler per gestire e automatizzare le attività. Ecco alcuni modi per automatizzare la pianificazione delle attività e gestire efficacemente i carichi di lavoro in un ambiente Linux:

• Job cron: forse il metodo più comune per automatizzare le attività in Linux è tramite i job cron. Cron è un demone in background a livello utente (crond) che controlla continuamente i file di configurazione chiamati crontab per eseguire comandi o script a intervalli fissi. Ogni voce crontab è composta da cinque campi di data e ora seguiti dal comando da eseguire. Si consiglia di utilizzare il percorso assoluto del comando, perché cron viene eseguito con un PATH limitato, ma non è obbligatorio. In /etc/crontab e nei file in /etc/cron.d, un campo utente si trova tra i campi data/ora e il comando:

• Comandi nice e renice: puoi usare i comandi nice e renice per influenzare la priorità di un processo. Questo non pianifica un'attività di per sé, ma modifica il modo in cui lo scheduler tratta un processo, il che può far parte di una strategia di automazione per garantire che le attività critiche ricevano più tempo di CPU.
• Gruppi di controllo (cgroup): i cgroup consentono di allocare risorse, come tempo di CPU, memoria di sistema, larghezza di banda di rete o combinazioni di queste risorse, tra gruppi di attività definiti dall'utente. Con i cgroup puoi garantire che determinate applicazioni o servizi ottengano le risorse necessarie come parte di un flusso di lavoro automatizzato.
• Systemd e file unit: systemd, il sistema di init e gestore di sistema per la maggior parte delle distribuzioni Linux, consente una pianificazione e una gestione più avanzate dei servizi. Utilizza i file unit per descrivere come i servizi devono avviarsi, arrestarsi e funzionare. Puoi configurare systemd per avviare automaticamente i servizi all'avvio, dopo che determinati altri servizi sono attivi o secondo una pianificazione specifica.
• Strumenti di scripting e automazione: lo scripting in bash o in altri linguaggi shell, insieme a strumenti di automazione come ActiveBatch, Ansible, Puppet o Chef, può essere utilizzato per automatizzare le attività. Sebbene questi script e strumenti non interagiscano direttamente con il Linux Scheduler, possono essere usati per creare flussi di lavoro complessi e gestire quando e come vengono eseguiti i diversi processi.
• Ottimizzazione del kernel: per gli utenti avanzati, la regolazione dei parametri del kernel può influenzare il comportamento dello scheduler. Dal kernel 5.13, la maggior parte dei parametri regolabili dello scheduler è passata da sysctl a debugfs (/sys/kernel/debug/sched/). Questo è un approccio più sofisticato e richiede una conoscenza approfondita del kernel Linux.
• Il comando 'at' per attività una tantum: mentre cron è ottimizzato per attività ricorrenti dell'infrastruttura, l'utilità at fornisce pianificazione di job a istanza singola senza contaminare il file crontab. Interpreta stringhe di orario leggibili dall'uomo:
  • at noon tomorrow: pianifica un job ad hoc per le 12:00 del giorno successivo.
  • at now + 1 hour: pianifica uno script temporaneo da eseguire esattamente 60 minuti dal momento dell'esecuzione.
  • Gli amministratori tengono traccia delle attività in sospeso usando atq (visualizzando la coda dei job) e possono eliminare in modo pulito le voci non eseguite usando atrm [job_id].

Quali sono le alternative al Linux Scheduler?

Le alternative allo scheduler di Linux si riferiscono sia ai job scheduler enterprise, che sostituiscono cron, at e i timer systemd, sia ad altri scheduler della CPU come EEVDF, che ha sostituito CFS nel kernel 6.6. L'uno non può sostituire l'altro.

Alternative a Cron: job scheduler enterprise

• Stonebranch Universal Automation Center (UAC): Stonebranch UAC funge da piattaforma di automazione unica per la gestione dei processi di carico di lavoro negli ambienti enterprise, offrendo un'interfaccia web unificata, un motore di esecuzione distribuito, la visualizzazione dei carichi di lavoro e funzionalità integrate di disponibilità e disaster recovery​
• ActiveBatch: ActiveBatch è una soluzione di workload automation e job scheduling che va oltre le capacità di un Linux Scheduler di base. È progettata per fornire una piattaforma centralizzata per automatizzare e gestire flussi di lavoro complessi in ambienti diversi, tra cui Windows, Linux, Unix e altri.
• JAMS Scheduler: JAMS centralizza la gestione dei processi batch Linux e UNIX in un'unica interfaccia. Offre robuste funzionalità di job scheduling e workload automation, tra cui pianificazione basata su eventi e trigger. Fornisce inoltre un Airflow Execution Method per il monitoraggio dei DAG Airflow e un Azure Blob Execution Method per le attività di archiviazione cloud di Azure. Ciò apporta una flessibilità moderna alla tradizionale pianificazione dei job cron in ambienti Linux e cloud

Alternative allo scheduler del kernel

• O(1) Scheduler: prima di CFS, il kernel Linux utilizzava lo scheduler O(1), progettato per un funzionamento a tempo costante indipendentemente dal numero di attività. È stato lo scheduler predefinito nei kernel Linux 2.6 precedenti alla versione 2.6.23.
• Brain Fuck Scheduler (BFS): BFS, creato da Con Kolivas, mira a migliorare la reattività del sistema, soprattutto per i sistemi desktop con meno di 16 core. È più semplice di CFS e può essere vantaggioso per i sistemi monoutente.
• MuQSS (Multiple Queue Skiplist Scheduler): anch'esso sviluppato da Con Kolivas come successore di BFS, MuQSS mira a migliorare le prestazioni sui sistemi desktop. Non è una modifica a CFS, ma uno scheduler separato che sostituisce interamente CFS. Come BFS, è stato distribuito solo come patch e il suo sviluppo si è fermato nel 2021.
• Scheduler real-time (RT): Linux offre politiche di scheduling in tempo reale, come FIFO (First In, First Out) e round-robin, per attività in cui la costanza dei tempi è più critica del throughput complessivo del sistema. Queste sono spesso utilizzate con PREEMPT_RT, che fa parte del kernel mainline da Linux 6.12.
• Scheduler con scadenza: questi scheduler, come SCHED_DEADLINE (introdotto nel kernel Linux 3.14), sono progettati per attività con vincoli temporali specifici. Pianificano le attività in base a scadenze definite dall'applicazione.

Alternative in altri sistemi operativi

• Windows Scheduler: il kernel Windows utilizza uno scheduler preemptive basato su priorità ottimizzato per la reattività del desktop. È separato da Windows Task Scheduler, che è un job scheduler. WSL2 esegue il proprio kernel Linux in una macchina virtuale leggera.
• macOS Scheduler: macOS utilizza lo scheduler del suo kernel XNU basato su Mach. Da macOS 11, utilizza lo scheduler Clutch, che pianifica i thread in base alle classi di qualità del servizio (QoS).
• Solaris Scheduler: lo scheduler utilizzato in Oracle Solaris (e storicamente Sun Solaris) include il supporto sia per la pianificazione in tempo reale sia per la fair-share, offrendo flessibilità per una gamma di applicazioni dai desktop ai server.
• Scheduler BSD: le varianti di BSD (come FreeBSD, OpenBSD) utilizzano scheduler diversi. FreeBSD, ad esempio, utilizza lo scheduler ULE, ottimizzato per le prestazioni sui sistemi multi-core.
• Scheduler RTOS: i sistemi operativi in tempo reale (RTOS) come VxWorks o QNX utilizzano scheduler ottimizzati per prestazioni in tempo reale, offrendo un comportamento di scheduling prevedibile e deterministico.

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Registro delle modifiche

5 aggiornamenti

202620252024

1. 8 lug

   Aggiunto il comando 'at' come strumento di pianificazione di attività singole.

2. 12 mar

   Aggiunto EEVDF alla descrizione del Linux Completely Fair Scheduler (CFS).

Cem Dilmegani

Analista principale

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Cem è analista principale presso AIMultiple dal 2017.

Il lavoro di Cem presso AIMultiple è stato citato da importanti testate internazionali tra cui Business Insider, Forbes, Morning Brew e Washington Post, da aziende globali come Deloitte e HPE, da ONG come il World Economic Forum e da organizzazioni sovranazionali come la Commissione europea. [1], [2], [3], [4], [5]

Nel corso della sua carriera, Cem ha lavorato come consulente tecnologico, acquirente tecnologico e imprenditore tecnologico. Ha consigliato le aziende sulle loro decisioni tecnologiche presso McKinsey & Company e Altman Solon per più di un decennio. Ha inoltre pubblicato un report McKinsey sulla digitalizzazione.

Ha guidato la strategia tecnologica e gli approvvigionamenti di una società di telecomunicazioni rispondendo direttamente al CEO. Ha inoltre guidato la crescita commerciale dell'azienda deep tech Hypatos, che ha raggiunto ricavi ricorrenti annuali a 7 cifre e una valutazione a 9 cifre partendo da zero in 2 anni. Il lavoro di Cem in Hypatos è stato ripreso da importanti testate tecnologiche come TechCrunch e Business Insider.

Cem interviene regolarmente a conferenze tecnologiche internazionali. Si è laureato come ingegnere informatico presso l'Università di Bogazici e possiede un MBA della Columbia Business School.

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Hazal Şimşek

Analista di settore

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Hazal è analista di settore presso AIMultiple e si occupa di process intelligence (incluso il process mining) e automazione aziendale (inclusa l'automazione IT e l'automazione low-code/no-code).

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