TaskScheduler 是一个Linux 环境下的高性能任务调度系统，支持资源管理、任务队列、超时控制、eBPF 性能分析和 Prometheus 监控。

核心功能：

• ✅ 多线程任务调度（生产者-消费者模型）
• ✅ CPU/内存资源配额管理（线程安全）
• ✅ 优先级队列 + FIFO 双模式
• ✅ 进程生命周期管理（fork/exec、进程组、信号）
• ✅ 优雅终止（SIGTERM → 宽限期 → SIGKILL）
• ✅ eBPF 性能分析（bpftrace + 火焰图）
• ✅ Prometheus 指标导出
• ✅ 黑白名单安全控制
• ✅ PSI 背压监控

这个项目涵盖的知识将直接应用于：

• 云原生基础设施（Kubernetes调度器）
• 大数据平台（YARN、Mesos）
• 高性能计算（作业调度系统）
• 性能工程（eBPF profiling、火焰图分析）

环境要求

TaskScheduler 7天学习计划汇总表

一、7天学习计划总览

二、每日学习内容详细表

第1天：基础设施

第2天：任务定义与资源管理

第3天：调度器核心

第4天：进程启动与Cgroup

第5天：任务回收与超时控制

第6天：安全与监控

第7天：eBPF性能分析

三、你能学到什么？

3.1 C++核心技术

3.2 Linux系统编程

3.3 性能分析工具

3.4 构建与测试

4.3 线程模型

五、技术栈总结表

六、学习成果验证表

部分技术点展示：

一、C++语言特性

1.1 枚举类（enum class）

enum class JobStatus {
    Pending, Running, Succeeded, Failed, Timeout, Cancelled
};

1.2 std::optional

std::optional<std::chrono::steady_clock::time_point> end_time{};

// 检查是否有值
if (job.end_time.has_value()) {
    auto t = job.end_time.value();
}

// 或使用指针风格
if (auto& t = job.end_time) {
    // t 是有效引用
}

使用场景：表示"可能有值，也可能没有"的状态，避免使用特殊值（如-1）或额外bool标志。

1.3 默认成员初始化

struct JobSpec {
    std::string cmd;
    int cpu_cores{1};        // C++11起支持
    size_t memory_mb{256};
};

// 使用
JobSpec spec{"ls"};  // cpu_cores=1, memory_mb=256

1.4 结构化绑定（C++17）

// 返回pair
std::pair<int, size_t> used() const;

// 解包
auto [cpu, mem] = rm.used();  // cpu = int, mem = size_t

1.5 RAII与智能指针

// std::unique_ptr - 独占所有权
std::unique_ptr<EbpfProfiler> profiler = std::make_unique<EbpfProfiler>();
profilers_.emplace(job.id, std::move(profiler));  // 转移所有权

// 自动析构：离开作用域自动delete

RAII核心原则：资源获取即初始化，析构函数自动释放资源。

部分面试题展示

一、C++语言基础题（10题）

Q1：enum class 和传统 enum 有什么区别？

参考答案：

// 传统enum - 有问题
enum Color { Red, Green, Blue };
enum Status { Red, Yellow, Green };  // 编译错误！Red/Green重复

// enum class - 正确
enum class Color { Red, Green, Blue };
enum class Status { Red, Yellow, Green };  // OK

Q2：std::optional 是什么？什么时候用？

参考答案： std::optional 表示"可能有值，也可能没有值"，用于替代特殊值模式（如用-1表示不存在）。

本项目应用：

std::optional<std::chrono::steady_clock::time_point> end_time{};
// 任务运行时没有end_time，结束后才有

对比传统方式：

// 传统方式 - 需要额外标志
time_point end_time;
bool has_end_time;  // 容易忘记维护

// 现代方式 - 自文档化
std::optional<time_point> end_time;
if (end_time.has_value()) { ... }

Q3：std::unique_ptr 和 std::shared_ptr 的区别？

参考答案：

本项目应用：

std::unordered_map<int, std::unique_ptr<EbpfProfiler>> profilers_;
// 每个任务只有一个profiler，用unique_ptr

Q4：什么是RAII？本项目哪里用到了？

参考答案： RAII（Resource Acquisition Is Initialization）是将资源生命周期与对象生命周期绑定的编程范式。

本项目应用：

1. 互斥锁：std::scoped_lock lk(mu_)，离开作用域自动解锁
2. 智能指针：std::unique_ptr自动释放内存
3. 文件流：std::ifstream离开作用域自动关闭文件

void log(const std::string& msg) {
    std::scoped_lock lk(mu_);  // 构造时加锁
    std::cout << msg << std::endl;
    // 析构时自动解锁，即使抛异常也会解锁
}

部分简历展示

模板1：C++后端开发工程师

个人信息

张三 | 185-XXXX-XXXX | ********** | GitHub: github.com/zhangsan

教育背景

• XX大学 | 计算机科学与技术 | 本科

专业技能

• 熟练掌握C++11/14/17/20，理解RAII、智能指针、移动语义等现代C++特性
• 熟悉Linux环境下的多线程编程，掌握互斥锁、条件变量、原子操作等同步机制
• 熟悉进程管理、信号处理、IPC通信等Linux系统编程
• 掌握CMake构建系统，GoogleTest单元测试框架

项目经验

TaskScheduler - 高性能任务调度系统 | C++ | 2025.03 - 2025.04

项目描述：开发了一个Linux环境下的多线程任务调度器，支持资源管理、任务队列、超时控制和性能分析。

技术栈：C++17/20、pthread、Linux系统调用、eBPF、Prometheus

核心职责：

• 设计并实现了线程安全的资源管理器（ResourceManager），支持CPU/内存配额的动态预留和释放
• 实现基于条件变量的生产者-消费者调度模型，支持优先级队列和任务排队机制
• 开发进程回收模块（Reaper），通过waitpid非阻塞回收子进程，实现超时任务的SIGTERM→SIGKILL优雅终止
• 集成eBPF/bpftrace性能分析器，通过addr2line和c++filt实现符号解析，自动生成On-CPU/Off-CPU火焰图
• 实现Prometheus格式的指标导出，包含任务计数、排队延迟、PSI背压等20+监控指标

项目成果：

• 支持同时管理1000+任务队列，任务调度延迟平均<1ms
• 通过eBPF分析定位IO瓶颈，优化fsync调用，性能提升30%