直接回答
- 关键点：研究表明，Linux 操作系统在其内核调度器中使用了类似工作偷窃的机制来提高 CPU 利用率，但 Windows 和 macOS 在内核调度器中似乎未使用此算法。
- 背景：工作偷窃是一种多线程计算中的调度策略，闲置处理器从繁忙处理器「偷」任务以平衡负载，主要用于用户级线程库，但在内核调度器中使用较少。
- Linux 的情况：证据倾向于支持 Linux 在某些配置或补丁中实现了任务偷窃，尤其是在多核系统上以优化性能。
- 其他操作系统的使用：目前没有明确证据表明 Windows 或 macOS 的内核调度器使用工作偷窃，更多是用户级实现。
调研报告：工作偷窃调度算法在操作系统中的使用
引言
工作偷窃（Work Stealing）是一种多线程计算中的调度策略，旨在通过闲置处理器从繁忙处理器「偷取」任务来平衡负载，优化并行计算的效率。它广泛用于用户级线程库和运行时系统（如 Cilk、Java 的 fork/join 框架、.NET 的 Task Parallel Library），但在操作系统内核调度器中的使用较少。本报告调研了 Android、Windows、Linux、macOS/iOS 等主要操作系统的内核调度器，分析工作偷窃算法的使用情况，并进行详细比较。
方法论
调研基于公开文档、学术论文和社区讨论，重点关注内核调度器的实现细节。由于部分操作系统（如 Windows、macOS）为专有系统，信息可能有限，调研结果以现有证据为基础。
Linux 内核调度器的任务偷窃实现
Linux 内核使用 Completely Fair Scheduler (CFS) 作为默认调度器，特别在多核系统上，通过任务偷窃机制优化负载平衡。2018 年，Oracle 的 Linux 内核开发者 Steve Sistare 提出了一组补丁系列（基于内核 4.19.0-rc7），旨在在 CPU 空闲时从同一 Last Level Cache (LLC) 的过载 CPU 偷取任务。补丁包括：
- 定义
sparsemask类型以减少缓存争用。 - 实现过载 CPU 的位图，动态更新以标识偷取候选。
- 当
idle_balance()失败时，尝试从过载 CPU 偷取任务。
性能测试显示，hackbench 基准测试在 1 插槽 20 CPU 系统上的运行时间改善了 8% 到 36%，CPU 利用率接近 100%，成本仅增加 0.4% 的查找时间。此外，Oracle 数据库 OLTP 性能提升高达 9%，适用于高上下文切换率的工作负载。
然而，补丁 9 禁用了在超过 2 个 NUMA 节点系统上的偷取，因性能回归问题（非直接由偷取引起）。截至 2025 年 5 月 11 日，调研未找到明确证据表明该补丁已完全合并到主线内核，但社区讨论（如 LWN.net 和 Oracle 博客）显示其已被广泛测试和考虑。
Windows 内核调度器的分析
Windows 内核调度器（Windows 11 及之前版本）针对多核和混合架构（如英特尔 Alder Lake 的性能核和效率核）进行了优化，主要依赖硬件反馈（如 Thread Director）动态分配线程，而非工作偷窃。调研未发现公开文档支持 Windows 内核调度器使用工作偷窃算法。Windows 的线程池（如 .NET Task Parallel Library）在用户级实现了工作偷窃，但这与内核调度器无关。
macOS/iOS 内核调度器的分析
macOS 和 iOS 基于 XNU 内核，针对 Apple Silicon（如 M1 系列）的性能核和效率核进行了优化，调度器使用服务质量（QoS）机制分配线程。调研未找到证据表明 macOS/iOS 内核调度器使用工作偷窃，更多依赖优先级和动态频率调整。社区讨论（如 Reddit 和 Apple 支持文档）主要关注 kernel_task 的 CPU 使用问题，而非调度算法细节。
其他操作系统的可能使用
- Android：Android 基于 Linux 内核，可能继承了部分任务偷窃机制，但调研未找到具体实现细节，更多依赖能量感知调度（EAS）和 SchedTune。
- 实时操作系统 (RTOS)：如 Wind River VxWorks 或 QNX，调研未发现明确使用工作偷窃的证据，RTOS 更注重确定性调度，工作偷窃可能因其非确定性而较少采用。
比较分析
以下表格总结各操作系统在工作偷窃调度方面的使用情况：
| 操作系统 | 工作偷窃使用情况 | 备注 |
|---|---|---|
| Linux | 是，部分版本和补丁实现了任务偷窃，优化多核负载平衡。 | 2018 年补丁系列显示性能提升，但合并状态需进一步确认，适用于高上下文切换负载。 |
| Windows | 否，内核调度器未见使用，线程池在用户级可能使用。 | 依赖 Thread Director 等硬件反馈，负载平衡机制不同。 |
| macOS/iOS | 否，调度器基于 QoS，未见工作偷窃使用。 | 优化性能核和效率核分配，更多依赖优先级和频率调整。 |
| Android | 可能，基于 Linux 内核，但未找到明确证据。 | 更多依赖 EAS 和 SchedTune，移动设备优化为主。 |
| RTOS | 否，调研未发现使用，RTOS 更注重确定性调度。 | 可能因工作偷窃非确定性而较少采用。 |
讨论与局限性
工作偷窃在用户级线程库中应用广泛，但在内核调度器中较少见，原因包括：
- 内核调度需要考虑系统整体稳定性和确定性，工作偷窃可能引入 livelock 或性能回归（如 Linux 在多 NUMA 节点上的限制）。
- 专有系统（如 Windows、macOS）信息不透明，调研可能遗漏未公开的实现。
- Linux 的任务偷窃实现尚不确定是否已完全合并主线，需进一步跟踪内核版本更新。
结论
研究表明，Linux 是目前已知在内核调度器中探索和实现任务偷窃的操作系统，尤其在多核系统上以提高 CPU 利用率。Windows 和 macOS 内核调度器未见使用工作偷窃，更多依赖其他负载平衡机制。Android 可能继承 Linux 的部分特性，但未找到明确证据。实时操作系统通常不采用工作偷窃，因其非确定性与 RTOS 的需求不符。