Pianificatore di Job Linux: Recensione, Guida e Alternative

Il pianificatore di job Linux e 'cron', un pianificatore di job basato sul tempo, sono comuni strumenti di pianificazione dei job. Se:

• Vuoi imparare la pianificazione dei job in Linux, scopri di più su Linux Scheduler e cron.
• Non sei sicuro se il Linux Scheduler sia sufficiente per il tuo caso d'uso, scopri di più sui diversi pianificatori di job.
• Lavori per un'azienda che attualmente utilizza il Linux Scheduler e sta valutando di passare a un pianificatore di job di livello enterprise, considera pianificatori di job con funzionalità estese.

* Linux Completely Fair Scheduler (CFS)

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

Che cos'è il Linux Scheduler?

Un pianificatore di job Linux è uno strumento utilizzato nei sistemi Linux per automatizzare attività di routine e la pianificazione dei job senza intervento manuale. Gestisce le attività pianificate, assicurandone l'esecuzione a orari predefiniti.

Il Kernel Scheduler si occupa esclusivamente dell'esecuzione di codice attivo sui core CPU fisici. Ecco come si è evoluto il moderno Kernel Scheduler di 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 CFS di lunga data. Mentre EEVDF mantiene l'"equità" del suo predecessore, aggiunge uno specifico meccanismo di "deadline" progettato per gestire molto meglio i compiti sensibili al ritardo. 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 l'equità allocando il tempo CPU in modo proporzionale tra i compiti in base alla priorità e al runtime. CFS è un tipo di Linux Scheduler, in particolare, è l'attuale algoritmo di scheduler predefinito utilizzato all'interno del più ampio framework del Linux Scheduler.

Gli aspetti chiave del Linux Kernel Scheduler includono:

• Prioritizzazione dei processi: Lo scheduler dà la priorità ai processi in base a fattori come il loro livello di priorità e la quantità di tempo CPU che hanno consumato. Ciò garantisce un equilibrio tra processi in primo piano (interattivi) e in background (batch).
• Multitasking preemptive: Linux utilizza il multitasking preemptive, in cui lo scheduler di sistema può interrompere un processo in esecuzione per dare tempo a un altro processo. Questa capacità è fondamentale per mantenere la reattività del sistema, specialmente in un ambiente multi-utente.
• Diversi algoritmi di scheduling: Nel corso degli anni, diverse versioni del kernel Linux hanno utilizzato vari algoritmi di scheduling. L'algoritmo più conosciuto è il Completely Fair Scheduler (CFS), introdotto in Linux 2.6.23. CFS mira ad allocare il tempo CPU ai processi in modo che ciascuno ottenga una quota equa del tempo CPU.
• Bilanciamento del carico: Nei sistemi multi-core, lo scheduler gestisce anche il bilanciamento del carico, distribuendo i processi tra diversi core del processore per ottimizzare le prestazioni e l'efficienza energetica.
• Scheduling in tempo reale: Linux supporta anche politiche di scheduling in tempo reale (come FIFO e round-robin), che sono cruciali per compiti sensibili al tempo in cui la prevedibilità dei tempi di esecuzione del codice è più importante del throughput complessivo del sistema.
• Cgroups e Control Groups: I moderni sistemi Linux utilizzano i control groups (cgroups) per raggruppare i processi e applicare politiche come limiti di tempo CPU o priorità all'intero gruppo, offrendo agli amministratori un maggiore controllo sulla pianificazione delle risorse e dei processi.

Linux Scheduler vs Strumenti di Pianificazione dei Job

Gli strumenti di pianificazione dei job di livello enterprise consentono alle aziende di gestire flussi di lavoro più complessi rispetto a uno scheduler di base come cron o il Linux scheduler. Questi strumenti possono rappresentare un'alternativa quando gli utenti hanno superato il loro scheduler esistente, come il Linux Scheduler, e sono alla ricerca di un aggiornamento.

Potrebbero esserci casi in cui il Linux Scheduler, in particolare la sua implementazione come Completely Fair Scheduler (CFS), e gli strumenti di pianificazione dei job di livello enterprise possono lavorare insieme per garantire sia l'efficienza a livello di sistema che 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 ottiene tempo CPU e quando. È parte integrante delle funzionalità principali del sistema operativo.

Focus: Gestisce l'allocazione del tempo 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 Pianificazione dei Job

Scopo: Gli strumenti di pianificazione dei job sono 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. Sono utilizzati per orchestrare compiti come backup dei dati, generazione di report o qualsiasi sequenza complessa di operazioni negli ambienti aziendali.

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

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

CFS e 'cron' sono parti integranti dei sistemi Linux ma servono a scopi diversi. In sostanza, CFS riguarda la distribuzione equa del tempo CPU tra i processi attualmente in esecuzione, mentre cron riguarda quando eseguire compiti specifici in base all'orologio/calendario.

Differenze chiave

• Funzionalità e Ruolo: CFS è uno scheduler di processo per gestire come i processi condividono il tempo CPU, mentre cron è un pianificatore di job per eseguire compiti a orari pianificati.
• Livello di Operatività: CFS opera a livello di kernel, gestendo la pianificazione in tempo reale dei processi, mentre cron opera a un livello superiore, occupandosi della pianificazione di compiti che non sono necessariamente in esecuzione continua.
• Continuo vs. Discreto: CFS lavora continuamente finché il sistema è in esecuzione, gestendo l'allocazione CPU dinamicamente. Al contrario, cron esegue i compiti a orari specifici e predefiniti.

Strumenti come Stonebranch possono anche essere alternative a cron, specialmente per aziende enterprise o di fascia media con requisiti di pianificazione complessi e in tempo reale. Sebbene entrambi siano utilizzati per la pianificazione dei job, differiscono significativamente in termini di 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'utilizzo di vari strumenti e tecniche in Linux che interagiscono con lo scheduler per gestire e automatizzare i compiti. Ecco alcuni modi per automatizzare la pianificazione dei compiti e gestire efficacemente i carichi di lavoro in un ambiente Linux:

• Cron Jobs: Forse il metodo più comune per automatizzare i compiti in Linux è tramite i cron jobs. Cron è un demone in background a livello utente (crond) che controlla continuamente i file di configurazione chiamati crontabs per eseguire comandi o script a intervalli fissi. Ogni voce crontab si basa su una sintassi rigorosa composta da cinque campi di data e ora seguiti dal percorso assoluto del comando da eseguire:

• Comandi nice e renice: È possibile utilizzare i comandi nice e renice per influenzare la priorità di un processo. Questo non pianifica un compito di per sé, ma altera il modo in cui lo scheduler tratta un processo, che può far parte di una strategia di automazione per garantire che i compiti critici ottengano più tempo CPU.
• Control groups (cgroups): i cgroups consentono di allocare risorse, come tempo CPU, memoria di sistema, larghezza di banda di rete, o combinazioni di queste risorse, tra gruppi di compiti definiti dall'utente. Con i cgroups, è possibile 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 gestione più avanzata dei servizi. Utilizza file unit per descrivere come i servizi devono essere avviati, arrestati e gestiti. È possibile 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 altri linguaggi di shell, insieme a strumenti di automazione come ActiveBatch, Ansible, Puppet o Chef, possono essere utilizzati per automatizzare i compiti. Sebbene questi script e strumenti non interagiscano direttamente con il Linux Scheduler, possono essere utilizzati per creare flussi di lavoro complessi e gestire quando e come vengono eseguiti i diversi processi.
• Ottimizzazione del kernel: Per utenti avanzati, la messa a punto dei parametri del kernel tramite sysctl o altre interfacce del kernel può influenzare il comportamento dello scheduler. Questo è un approccio più sofisticato e richiede una conoscenza approfondita del kernel Linux.
• Il comando 'At' per compiti una tantum: Mentre cron è ottimizzato per compiti ricorrenti dell'infrastruttura, l'utility at fornisce la pianificazione di job a istanza singola senza contaminare il file crontab. Analizza stringhe di tempo leggibili dall'uomo:
  • at noon tomorrow: Pianifica un job ad-hoc per le 12:00 PM del giorno successivo.
  • at now + 1 hour: Pianifica uno script temporaneo da eseguire esattamente 60 minuti dopo l'esecuzione.
  • Gli amministratori tengono traccia dei compiti in sospeso utilizzando atq (visualizzando la coda dei job) e possono eliminare in modo pulito le voci non eseguite utilizzando atrm [job_id].

Quali sono le alternative al Linux Scheduler?

Esistono diverse alternative al Linux Kernel Scheduler predefinito (principalmente il Completely Fair Scheduler, o algoritmo di scheduling CFS). Queste alternative possono essere pianificatori di job di livello enterprise di terze parti per i casi in cui le aziende hanno superato il pianificatore di job Linux, altri scheduler all'interno del kernel Linux o diversi approcci di scheduling in altri sistemi operativi. Ecco alcuni esempi notevoli:

Strumenti di Pianificazione dei Job di Terze Parti con Funzionalità Estese

• Stonebranch Universal Automation Center (UAC): Stonebranch UAC funge da piattaforma di automazione unica per la gestione dei processi di carico di lavoro in ambienti enterprise, offrendo un'interfaccia web unificata, un motore di esecuzione distribuito, la visualizzazione del carico di lavoro e funzionalità integrate di disponibilità e disaster recovery​
• ActiveBatch: ActiveBatch è una soluzione di automazione del carico di lavoro e pianificazione dei job 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 altro.
• JAMS Scheduler: JAMS centralizza la gestione dei processi batch Linux e UNIX in un'unica interfaccia. Offre robuste funzionalità di pianificazione dei job e automazione del carico di lavoro, tra cui la pianificazione basata su eventi e trigger. Fornisce inoltre un Airflow Execution Method per il monitoraggio dei DAG di Airflow e un Azure Blob Execution Method per le attività di archiviazione cloud Azure. Ciò apporta una flessibilità moderna alla tradizionale pianificazione dei job Cron in ambienti Linux e cloud

Alternative all'interno di Linux

• Scheduler O(1): Prima di CFS, il kernel Linux utilizzava lo scheduler O(1), progettato per un'operazione a tempo costante indipendentemente dal numero di compiti. Era 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, specialmente per i sistemi desktop con meno di 16 core. È più semplice di CFS e può essere vantaggioso per sistemi mono-utente.
• MuQSS (Multiple Queue Skiplist Scheduler): Anch'esso sviluppato da Con Kolivas come successore di BFS, MuQSS mira a migliorare le prestazioni sui sistemi desktop. Sostituisce la struttura runqueue di CFS con una skiplist.
• Scheduler Real-Time (RT): Linux offre politiche di scheduling in tempo reale, come FIFO (First In, First Out) e round-robin, per compiti in cui la tempistica costante è più critica del throughput complessivo del sistema. Questi sono spesso utilizzati in combinazione con la patch PREEMPT_RT per sistemi Linux real-time.
• Scheduler a scadenza (Deadline): Questi scheduler, come SCHED_DEADLINE (introdotto nel kernel Linux 3.14), sono progettati per compiti con vincoli temporali specifici. Pianificano i compiti in base alle scadenze definite dall'applicazione.

Alternative in Altri Sistemi Operativi

• Windows NT Scheduler: Uno scheduler basato sulla priorità ottimizzato per la reattività del desktop. Nelle pipeline DevOps, si interfaccia con Linux tramite Windows Subsystem for Linux (WSL), consentendo a Windows Task Scheduler di attivare nativamente pipeline IA locali, download di Hugging Face e compiti GPU in esecuzione all'interno di ambienti Ubuntu virtualizzati.
• Scheduler macOS: macOS utilizza una combinazione di scheduling tradizionale basato su Unix con estensioni per la reattività della GUI, enfatizzando un'esperienza utente fluida nelle attività interattive.
• Scheduler Solaris: Lo scheduler utilizzato in Oracle Solaris (e storicamente Sun Solaris) include il supporto sia per lo scheduling in tempo reale che per quello fair-share, offrendo flessibilità per una vasta gamma di applicazioni, dai desktop ai server.
• Scheduler BSD: Le varianti di BSD (come FreeBSD, OpenBSD) utilizzano diversi scheduler. FreeBSD, ad esempio, utilizza lo scheduler ULE (Unix-Like Scheduler), ottimizzato per le prestazioni su sistemi multi-core.
• Scheduler RTOS: I sistemi operativi in tempo reale (RTOS) come RTLinux, VxWorks o QNX utilizzano scheduler ottimizzati per le prestazioni in tempo reale, offrendo un comportamento di scheduling prevedibile e deterministico.

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Cem Dilmegani

Analista principale

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Cem è l'analista principale di AIMultiple dal 2017. AIMultiple informa centinaia di migliaia di aziende (secondo SimilarWeb) compreso il 60% delle Fortune 500 ogni mese.

Il lavoro di Cem è stato citato da importanti pubblicazioni globali tra cui Business Insider, Forbes, Washington Post, aziende globali come Deloitte, HPE e ONG come il World Economic Forum e organizzazioni sovranazionali come la Commissione europea.

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

Ha guidato la strategia tecnologica e gli approvvigionamenti di una società di telecomunicazioni rispondendo direttamente al CEO. Ha anche guidato la crescita commerciale dell'azienda deep tech Hypatos che ha raggiunto un fatturato annuo ricorrente a 7 cifre e una valutazione a 9 cifre partendo da 0 in 2 anni. Il lavoro di Cem in Hypatos è stato trattato da importanti pubblicazioni tecnologiche come TechCrunch e Business Insider.

Cem interviene regolarmente a conferenze tecnologiche internazionali. Si è laureato in ingegneria informatica all'Università Bogazici e ha conseguito un MBA presso la Columbia Business School.

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Hazal Şimşek

Analista di settore

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Hazal è un'analista di settore presso AIMultiple, con focus su process mining e automazione IT.

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