Agendador de Tarefas do Linux: Análise, Guia e Alternativas

O agendador de tarefas do Linux e o ‘cron’ referem-se quer às ferramentas que decidem quando uma tarefa é executada, como o cron, o at e os temporizadores do systemd, quer ao escalonador de CPU do kernel (EEVDF, anteriormente CFS), que decide como os processos em execução partilham a CPU. Se você:

• Quer aprender agendamento de tarefas no Linux, conheça os escalonadores do Linux e o cron.
• Não tem a certeza se os escalonadores do Linux são suficientes para o seu caso de uso, conheça os diferentes agendadores de tarefas.
• Trabalha para uma empresa que atualmente usa o cron, o at ou os temporizadores do systemd e está a considerar migrar para um agendador de tarefas de nível empresarial, considere agendadores de tarefas com capacidades alargadas.

* Linux Completely Fair Scheduler (CFS)

** Agendadores de tarefas empresariais incluem Stonebranch, ActiveBatch, RunMyJobs e JAMS Scheduler.

O que é o Escalonador do Kernel do Linux?

Um agendador de tarefas do Linux é uma ferramenta usada em sistemas Linux para automatizar tarefas de rotina e o agendamento de tarefas sem intervenção manual. Gere as tarefas agendadas, assegurando que são executadas nos horários predefinidos.

O escalonador do kernel trata estritamente da execução de código ativo nos núcleos físicos da CPU. Eis como o moderno escalonador do kernel do Linux evoluiu:

• EEVDF (Earliest Eligible Virtual Deadline First) é a implementação moderna do escalonador do Linux, introduzida na versão 6.6 do kernel (outubro de 2023) para substituir o antigo CFS. Embora o EEVDF mantenha a “justiça” do seu antecessor, acrescenta um mecanismo específico de “prazo” concebido para lidar melhor com tarefas sensíveis à latência. O EEVDF é agora o algoritmo predefinido padrão.
• CFS (Completely Fair Scheduler) é uma implementação específica do escalonador do Linux introduzida na versão 2.6.23 do kernel. O CFS visa proporcionar justiça ao alocar tempo de CPU proporcionalmente entre as tarefas, com base na prioridade e no tempo de execução. O CFS foi o escalonador predefinido do Linux desde o kernel 2.6.23 até ser substituído pelo EEVDF no kernel 6.6.

Os principais aspetos do escalonador do kernel do Linux incluem:

• Priorização de processos: O escalonador prioriza os processos com base em fatores como o nível de prioridade e a quantidade de tempo de CPU que já consumiram. Isto garante um equilíbrio entre processos em primeiro plano (interativos) e em segundo plano (lote).
• Multitarefa preemptiva: O Linux utiliza multitarefa preemptiva, na qual o escalonador do kernel pode interromper um processo em execução para dar tempo a outro processo. Esta capacidade é crucial para manter a capacidade de resposta do sistema, especialmente num ambiente multiusuário.
• Diferentes algoritmos de escalonamento: Ao longo dos anos, diferentes versões do kernel do Linux utilizaram vários algoritmos de escalonamento. O algoritmo mais conhecido é o Completely Fair Scheduler (CFS), introduzido no Linux 2.6.23. O CFS visa alocar tempo de CPU aos processos de modo a que cada um receba uma parte justa do tempo de CPU.
• Balanceamento de carga: Em sistemas multi-núcleo, o escalonador também gere o balanceamento de carga, distribuindo os processos pelos diferentes núcleos do processador para otimizar o desempenho e a eficiência energética.
• Escalonamento em tempo real: O Linux também suporta políticas de escalonamento em tempo real (como FIFO e round-robin), cruciais para tarefas sensíveis ao tempo, nas quais a previsibilidade do tempo de execução do código é mais importante do que o rendimento global do sistema.
• Cgroups e grupos de controlo: Os sistemas Linux modernos utilizam grupos de controlo (cgroups) para agrupar processos e aplicar políticas como limites de tempo de CPU ou prioridades a todo o grupo, dando aos administradores mais controlo sobre a forma como o tempo de CPU e outros recursos são alocados.

Escalonador do Linux vs. Ferramentas de Agendamento de Tarefas

Ferramentas de agendamento de tarefas de nível empresarial permitem que as empresas lidem com fluxos de trabalho mais complexos do que os agendadores de tarefas básicos como o cron, o at ou os temporizadores do systemd. Estas ferramentas podem ser uma alternativa quando os utilizadores já superaram estes agendadores e procuram uma atualização.

Pode haver casos em que o escalonador do kernel do Linux (EEVDF, anteriormente CFS) e as ferramentas de agendamento de tarefas de nível empresarial podem trabalhar em conjunto para garantir tanto a eficiência ao nível do sistema como a automação ao nível dos fluxos de trabalho.

Escalonador do Linux

Finalidade: O escalonador do Linux (como o CFS) é um componente de baixo nível do kernel responsável por decidir qual o processo que recebe tempo de CPU e quando. É parte integrante da funcionalidade central do sistema operativo.

Foco: Gere a alocação de tempo de CPU entre todos os processos em execução num sistema, assegurando uma distribuição justa, capacidade de resposta e utilização eficiente dos recursos de CPU.

Âmbito: Opera ao nível do processo ou da thread num único sistema.

Ferramentas de Agendamento de Tarefas

Finalidade: As ferramentas de agendamento de tarefas são de alto nível, muitas vezes ferramentas orientadas a aplicações concebidas para automatizar e agendar processos de negócio e tarefas.

Foco: Estas ferramentas gerem a execução de tarefas em lote ou fluxos de trabalho, que podem envolver várias etapas, dependências e critérios de agendamento. São usadas para orquestrar tarefas como backups de dados, geração de relatórios ou qualquer sequência complexa de operações em ambientes empresariais.

Âmbito: Pode operar em vários sistemas e plataformas, orquestrando tarefas que podem envolver várias aplicações ou serviços diferentes.

Qual é a Diferença entre o ‘Cron’ e o Escalonador CFS do Linux

O escalonador do kernel (EEVDF, anteriormente CFS) faz parte de todos os kernels Linux, enquanto o cron é um pacote opcional. Têm finalidades diferentes. Em essência, o CFS trata da distribuição justa do tempo de CPU entre os processos atualmente em execução, enquanto o cron trata de quando executar tarefas específicas com base no relógio/calendário.

Principais Diferenças

• Funcionalidade e papel: O CFS é um escalonador de processos que gere a forma como os processos partilham o tempo de CPU, enquanto o cron é um agendador de tarefas para executar tarefas em horários agendados.
• Nível de operação: O CFS opera ao nível do kernel, partilhando tempo de CPU entre processos normais (os processos em tempo real são tratados pelas políticas separadas SCHED_FIFO e SCHED_RR), enquanto o cron opera a um nível superior, lidando com o agendamento de tarefas que não estão necessariamente em execução contínua.
• Contínuo vs. Discreto: O CFS trabalha continuamente enquanto o sistema está em execução, gerindo a alocação de CPU de forma dinâmica. Em contrapartida, o cron executa tarefas em momentos específicos e predefinidos.

Ferramentas como Stonebranch também podem ser alternativas ao cron, especialmente para empresas ou negócios de média dimensão com requisitos complexos de agendamento em tempo real. Embora ambas sejam usadas para agendamento de tarefas, diferem significativamente em funcionalidades, capacidades e casos de utilização. Para mais informações sobre este tópico, Principais Alternativas ao Cron.

Como pode automatizar cargas de trabalho com o Escalonador do Linux?

Automatizar cargas de trabalho com o Escalonador do Linux não significa programar diretamente o próprio escalonador; em vez disso, envolve a utilização de várias ferramentas e técnicas no Linux que interagem com o escalonador para gerir e automatizar tarefas. Eis algumas formas de automatizar o agendamento de tarefas e gerir cargas de trabalho de forma eficaz num ambiente Linux:

• Tarefas cron: Talvez o método mais comum para automatizar tarefas no Linux seja através de tarefas cron. O cron é um daemon em segundo plano a nível do utilizador (crond) que verifica continuamente ficheiros de configuração chamados crontabs para executar comandos ou scripts em intervalos fixos. Cada entrada do crontab consiste em cinco campos de data e hora seguidos do comando a executar. Recomenda-se usar o caminho absoluto do comando, porque o cron é executado com um PATH limitado, mas tal não é obrigatório. Em /etc/crontab e nos ficheiros em /etc/cron.d, um campo de utilizador surge entre os campos de hora e o comando:

• Comandos nice e renice: Pode usar os comandos nice e renice para influenciar a prioridade de um processo. Isto não agenda uma tarefa em si, mas altera a forma como o escalonador trata um processo, o que pode fazer parte de uma estratégia de automação para garantir que as tarefas críticas recebem mais tempo de CPU.
• Grupos de controlo (cgroups): Os cgroups permitem alocar recursos, como tempo de CPU, memória do sistema, largura de banda de rede ou combinações destes recursos, entre grupos de tarefas definidos pelo utilizador. Com os cgroups, pode assegurar que determinadas aplicações ou serviços obtêm os recursos de que necessitam como parte de um fluxo de trabalho automatizado.
• Systemd e ficheiros de unidade: O systemd, o sistema de init e gestor de sistema da maioria das distribuições Linux, permite um agendamento e uma gestão mais avançados dos serviços. Utiliza ficheiros de unidade para descrever como os serviços devem iniciar, parar e operar. Pode configurar o systemd para iniciar serviços automaticamente no arranque, após a disponibilização de outros serviços ou num horário específico.
• Scripting e ferramentas de automação: A escrita de scripts em bash ou noutras linguagens de shell, juntamente com ferramentas de automação como ActiveBatch, Ansible, Puppet ou Chef, pode ser usada para automatizar tarefas. Embora estes scripts e ferramentas não interajam diretamente com o Escalonador do Linux, podem ser usados para criar fluxos de trabalho complexos e gerir quando e como os diferentes processos são executados.
• Afinação do kernel: Para utilizadores avançados, a afinação de parâmetros do kernel pode influenciar o comportamento do escalonador. Desde o kernel 5.13, a maioria dos parâmetros ajustáveis do escalonador passou de sysctl para debugfs (/sys/kernel/debug/sched/). Esta é uma abordagem mais sofisticada e requer um conhecimento aprofundado do kernel do Linux.
• O comando ‘at’ para tarefas únicas: Embora o cron esteja otimizado para tarefas de infraestrutura recorrentes, o utilitário at fornece tarefas de instância única, agendando-as sem contaminar o seu ficheiro crontab. Analisa cadeias de tempo legíveis por humanos:
  • at noon tomorrow: Agenda uma tarefa ad-hoc para as 12:00 PM do dia seguinte.
  • at now + 1 hour: Agenda um script temporário para ser executado exatamente 60 minutos após o início da execução.
  • Os administradores acompanham as tarefas pendentes usando atq (vendo a fila de tarefas) e podem remover de forma limpa as entradas não executadas usando atrm [job_id].

Quais são as alternativas ao Escalonador do Linux?

As alternativas ao escalonador do Linux referem-se a agendadores de tarefas empresariais, que substituem o cron, o at e os temporizadores do systemd, e a outros escalonadores de CPU, como o EEVDF, que substituiu o CFS no kernel 6.6. Um não pode substituir o outro.

Alternativas ao Cron: Agendadores de Tarefas Empresariais

• Stonebranch Universal Automation Center (UAC): Stonebranch UAC serve como uma plataforma única de automação para gerir processos de carga de trabalho em ambientes empresariais, oferecendo uma interface web unificada, um motor de execução distribuído, visualização da carga de trabalho e funcionalidades incorporadas de disponibilidade e recuperação de desastres.
• ActiveBatch: ActiveBatch é uma solução de automação de cargas de trabalho e agendamento de tarefas que vai além das capacidades de um escalonador básico do Linux. Foi concebida para fornecer uma plataforma centralizada para automatizar e gerir fluxos de trabalho complexos em ambientes diversos, incluindo Windows, Linux, Unix e muito mais.
• JAMS Scheduler: O JAMS centraliza a gestão de processos batch do Linux e UNIX numa única interface. Oferece funcionalidades robustas de agendamento de tarefas e automação de cargas de trabalho, incluindo agendamento e acionadores baseados em eventos. Também fornece um Método de Execução Airflow para monitorizar DAGs do Airflow e um Método de Execução de Blobs do Azure para tarefas de armazenamento na nuvem do Azure. Isto traz flexibilidade moderna ao agendamento tradicional de tarefas cron em ambientes Linux e de nuvem

Alternativas ao Escalonador do Kernel

• Escalonador O(1): Antes do CFS, o kernel do Linux utilizava o escalonador O(1), concebido para um tempo de operação constante independentemente do número de tarefas. Foi o escalonador predefinido nos kernels Linux 2.6 anteriores à versão 2.6.23.
• Brain Fuck Scheduler (BFS): O BFS, criado por Con Kolivas, visa melhorar a capacidade de resposta do sistema, especialmente em sistemas de secretária com menos de 16 núcleos. É mais simples do que o CFS e pode ser benéfico para sistemas monoutilizador.
• MuQSS (Multiple Queue Skiplist Scheduler): Também desenvolvido por Con Kolivas como sucessor do BFS, o MuQSS visa melhorar o desempenho em sistemas de secretária. Não é uma alteração ao CFS, mas um escalonador separado que substitui totalmente o CFS. Tal como o BFS, foi distribuído apenas como um patch e o seu desenvolvimento parou em 2021.
• Escalonadores de tempo real (RT): O Linux oferece políticas de escalonamento em tempo real, como FIFO (First In, First Out) e round-robin, para tarefas em que a consistência temporal é mais crítica do que o rendimento global do sistema. São frequentemente utilizadas com o PREEMPT_RT, que faz parte do kernel principal desde o Linux 6.12.
• Escalonadores de prazo: Estes escalonadores, como o SCHED_DEADLINE (introduzido no kernel Linux 3.14), são concebidos para tarefas com restrições de tempo específicas. Agendam tarefas com base em prazos definidos pela aplicação.

Alternativas noutros Sistemas Operativos

• Escalonador do Windows: O kernel do Windows utiliza um escalonador preemptivo baseado em prioridades, otimizado para a capacidade de resposta do ambiente de trabalho. É distinto do Task Scheduler do Windows, que é um agendador de tarefas. O WSL2 executa o seu próprio kernel Linux numa máquina virtual leve.
• Escalonador do macOS: O macOS utiliza o escalonador do seu kernel XNU baseado em Mach. Desde o macOS 11, utiliza o escalonador Clutch, que agenda threads com base em classes de qualidade de serviço (QoS).
• Escalonador do Solaris: O escalonador utilizado no Oracle Solaris (e historicamente no Sun Solaris) inclui suporte para escalonamento em tempo real e de partilha justa, oferecendo flexibilidade para uma gama de aplicações, desde computadores de secretária a servidores.
• Escalonadores BSD: As variantes de BSD (como o FreeBSD e o OpenBSD) utilizam escalonadores diferentes. O FreeBSD, por exemplo, usa o escalonador ULE, otimizado para o desempenho em sistemas multi-núcleo.
• Escalonadores de RTOS: Os sistemas operativos em tempo real (RTOS) como o VxWorks ou o QNX utilizam escalonadores otimizados para desempenho em tempo real, oferecendo um comportamento de agendamento previsível e determinístico.

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Registro de alterações

5 atualizações

202620252024

1. 8 jul

   Adicionado o comando 'at' como ferramenta de agendamento de tarefas únicas.

2. 12 mar

   Adicionado EEVDF à descrição do Linux Completely Fair Scheduler (CFS).

Cem Dilmegani

Analista Principal

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Cem é o analista principal da AIMultiple desde 2017.

O trabalho de Cem na AIMultiple foi citado por publicações globais líderes, incluindo Business Insider, Forbes, Morning Brew e Washington Post, por empresas globais como Deloitte e HPE, ONGs como o World Economic Forum e organizações supranacionais como a European Commission. [1], [2], [3], [4], [5]

Ao longo de sua carreira, Cem atuou como consultor de tecnologia, comprador de tecnologia e empreendedor de tecnologia. Ele aconselhou empresas sobre suas decisões de tecnologia na McKinsey & Company e na Altman Solon por mais de uma década. Ele também publicou um relatório da McKinsey sobre digitalização.

Ele liderou a estratégia de tecnologia e as compras de uma operadora de telecomunicações, reportando-se ao CEO. Ele também liderou o crescimento comercial da empresa de deep tech Hypatos, que atingiu uma receita recorrente anual de 7 dígitos e uma avaliação de 9 dígitos partindo do zero em 2 anos. O trabalho de Cem na Hypatos foi coberto por publicações de tecnologia líderes como TechCrunch e Business Insider.

Cem fala regularmente em conferências internacionais de tecnologia. Ele se formou como engenheiro da computação pela Bogazici University e possui um MBA pela Columbia Business School.

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Hazal Şimşek

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Hazal é analista do setor na AIMultiple, com foco em inteligência de processos (incluindo mineração de processos) e automação empresarial (incluindo automação de TI e automação low-code/no-code).

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