1 .. SPDX-License-Identifier: GPL-2.0
2 .. include:: ../disclaimer-zh_CN.rst
3
4 :Original: Documentation/scheduler/sched-capac
5
6 :翻译:
7
8 唐艺舟 Tang Yizhou <tangyeechou@gmail.com>
9
10 :校译:
11
12 时奎亮 Alex Shi <alexs@kernel.org>
13
14 =============
15 算力感知调度
16 =============
17
18 1. CPU算力
19 ==========
20
21 1.1 简介
22 --------
23
24 一般来说，同构的SMP平台由完全相
25 平台中，CPU不能被认为是相同的。
26
27 我们引入CPU算力（capacity）的概念
28 做过归一化处理。异构系统也被称
29
30 最大可达性能（换言之，最大CPU算
31
32 - 不是所有CPU的微架构都相同。
33 - 在动态电压频率升降（Dynamic Voltag
34 能达到一样高的操作性能值（Opera
35
36 Arm大小核（big.LITTLE）系统是同时具
37 流水线层级，更大的缓存，更智能
38
39 CPU性能通常由每秒百万指令（Million
40 per Hz能执行的指令数，故::
41
42 capacity(cpu) = work_per_hz(cpu) * max_freq(
43
44 1.2 调度器术语
45 --------------
46
47 调度器使用了两种不同的算力值。C
48 CPU的 ``capacity`` 是 ``capacity_orig`` 扣
49
50 注意CPU的 ``capacity`` 仅仅被设计用
51 简洁起见，本文档的剩余部分将不
52
53 1.3 平台示例
54 ------------
55
56 1.3.1 操作性能值相同
57 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
58
59 考虑一个假想的双核非对称CPU算力
60
61 - work_per_hz(CPU0) = W
62 - work_per_hz(CPU1) = W/2
63 - 所有CPU以相同的固定频率运行
64
65 根据上文对算力的定义:
66
67 - capacity(CPU0) = C
68 - capacity(CPU1) = C/2
69
70 若这是Arm大小核系统，那么CPU0是大
71
72 考虑一种周期性产生固定工作量的
73
74 CPU0 work ^
75 | ____ ____
76 | | | | |
77 +----+----+----+----+----+----+----
78
79 CPU1 work ^
80 | _________ _________
81 | | | |
82 +----+----+----+----+----+----+----
83
84 CPU0在系统中具有最高算力（C），
85 算力，因此在T个单位时间内仅完成
86
87 1.3.2 最大操作性能值不同
88 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
89
90 具有不同算力值的CPU，通常来说最
91 work_per_hz()相同）:
92
93 - max_freq(CPU0) = F
94 - max_freq(CPU1) = 2/3 * F
95
96 这将推出：
97
98 - capacity(CPU0) = C
99 - capacity(CPU1) = C/3
100
101 执行1.3.1节描述的工作负载，每个CP
102
103 CPU0 work ^
104 | ____ ____
105 | | | | |
106 +----+----+----+----+----+----+----
107
108 workload on CPU1
109 CPU1 work ^
110 | ______________ _________
111 | | | |
112 +----+----+----+----+----+----+----
113
114 1.4 关于计算方式的注意事项
115 --------------------------
116
117 需要注意的是，使用单一值来表示C
118 描述为：X%整数运算差异，Y%浮点数
119 的结果目前还是令人满意的。
120
121 2. 任务使用率
122 =============
123
124 2.1 简介
125 --------
126
127 算力感知调度要求描述任务需求，
128 任务使用率是CFS独有的描述方式，
129
130 任务使用率是一种用百分比来描述
131
132 task_util(p) = duty_cycle(p)
133
134 在频率固定的SMP系统中，100%的利用
135 小周期任务，它在睡眠上花费的时
136
137 2.2 频率不变性
138 --------------
139
140 一个需要考虑的议题是，工作负载
141 执行周期性工作负载::
142
143 CPU work ^
144 | ____ ____
145 | | | | |
146 +----+----+----+----+----+----+----
147
148 可以算出 duty_cycle(p) == 25%。
149
150 现在，考虑以给定频率F/2执行 *同
151
152 CPU work ^
153 | _________ _________
154 | | | |
155 +----+----+----+----+----+----+----
156
157 可以算出 duty_cycle(p) == 50%，尽管两
158 相同）。
159
160 任务利用率信号可按下面公式处理
161
162 task_util_freq_inv(p) = duty_cycle(p) * (cur
163
164 对上面两个例子运用该公式，可以
165
166 2.3 CPU不变性
167 -------------
168
169 CPU算力与任务利用率具有类型的效
170 占空比。
171
172 考虑1.3.2节提到的系统，也就是说::
173
174 - capacity(CPU0) = C
175 - capacity(CPU1) = C/3
176
177 每个CPU按最大频率执行指定周期性
178
179 CPU0 work ^
180 | ____ ____
181 | | | | |
182 +----+----+----+----+----+----+----
183
184 CPU1 work ^
185 | ______________ _________
186 | | | |
187 +----+----+----+----+----+----+----
188
189 也就是说，
190
191 - duty_cycle(p) == 25%，如果任务p在CPU0
192 - duty_cycle(p) == 75%，如果任务p在CPU1
193
194 任务利用率信号可按下面公式处理
195
196 task_util_cpu_inv(p) = duty_cycle(p) * (capa
197
198 其中 ``max_capacity`` 是系统中最高的C
199 的任务利用率均为25%。
200
201 2.4 任务利用率不变量
202 --------------------
203
204 频率和CPU算力不变性都需要被应用
205 任务利用率的伪计算公式是同时具
206
207 curr_freq
208 task_util_inv(p) = duty_cycle(p) * ---------
209 max_frequ
210
211 也就是说，任务利用率不变量假定
212
213 在接下来的章节中提到的任何任务
214
215 2.5 利用率估算
216 --------------
217
218 由于预测未来的水晶球不存在，当
219 CFS调度类基于实体负载跟踪机制（P
220 其中之一可以算出平均利用率（与
221
222 这意味着，尽管运用“真实的”任
223 用任务利用率的估算值。
224
225 3. 算力感知调度的需求
226 =====================
227
228 3.1 CPU算力
229 -----------
230
231 当前，Linux无法凭自身算出CPU算力
232 定义arch_scale_cpu_capacity()函数。
233
234 arm、arm64和RISC-V架构直接把这个信
235 arch_topology.h的percpu变量cpu_scale），
236 出来的。参见Documentation/devicetree/bin
237
238 3.2 频率不变性
239 --------------
240
241 如2.2节所述，算力感知调度需要频
242 arch_scale_freq_capacity(cpu)函数。
243
244 实现该函数要求计算出每个CPU当前
245 APERF/MPERF，arm64的AMU），它能按CPU当
246 在cpufreq频率变化时直接使用钩子函
247
248 4. 调度器拓扑结构
249 =================
250
251 在构建调度域时，调度器将会发现
252
253 - sched_asym_cpucapacity静态键（static key
254 - SD_ASYM_CPUCAPACITY_FULL标志位将在尽
255 完整包含某个CPU算力值的全部CPU
256 - SD_ASYM_CPUCAPACITY标志将在所有包含
257
258 sched_asym_cpucapacity静态键的设计意图
259 是，这个键是系统范围可见的。想
260
261 capacity C/2 C
262 ________ ________
263 / \ / \
264 CPUs 0 1 2 3 4 5 6 7
265 \__/ \______________/
266 cpusets cs0 cs1
267
268 可以通过下面的方式创建：
269
270 .. code-block:: sh
271
272 mkdir /sys/fs/cgroup/cpuset/cs0
273 echo 0-1 > /sys/fs/cgroup/cpuset/cs0/cpuset.
274 echo 0 > /sys/fs/cgroup/cpuset/cs0/cpuset.me
275
276 mkdir /sys/fs/cgroup/cpuset/cs1
277 echo 2-7 > /sys/fs/cgroup/cpuset/cs1/cpuset.
278 echo 0 > /sys/fs/cgroup/cpuset/cs1/cpuset.me
279
280 echo 0 > /sys/fs/cgroup/cpuset/cpuset.sched_
281
282 由于“这是”非对称CPU算力系统，s
283 调度域层级，算力值仅有一个，该
284 应该被以此处理。
285
286 因此，“典型的”保护非对称CPU算
287
288 - 检查sched_asym_cpucapacity静态键
289 - 如果它被使能，接着检查调度域
290
291 5. 算力感知调度的实现
292 =====================
293
294 5.1 CFS
295 -------
296
297 5.1.1 算力适应性（fitness）
298 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
299
300 CFS最主要的算力调度准则是::
301
302 task_util(p) < capacity(task_cpu(p))
303
304 它通常被称为算力适应性准则。也
305 任务将要更长地消耗该CPU，任务是C
306
307 此外，uclamp允许用户空间指定任务
308 cgroup接口的方式（参阅Documentation/ad
309 可以被用在前一条准则中限制task_ut
310
311 5.1.2 被唤醒任务的CPU选择
312 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
313
314 CFS任务唤醒的CPU选择，遵循上面描
315 这令用户空间对CFS任务的CPU选择有
316 条件的CPU::
317
318 clamp(task_util(p), task_uclamp_min(p), task
319
320 通过使用uclamp，举例来说，用户空
321 它设置低的uclamp.max值。相反，uclamp
322 的CPU上运行，只要给它设置高的ucla
323
324 .. note::
325
326 CFS的被唤醒的任务的CPU选择，可
327 Documentation/scheduler/sched-energy.rst中
328
329 5.1.3 负载均衡
330 ~~~~~~~~~~~~~~
331
332 被唤醒任务的CPU选择的一个病理性
333
334 w == wakeup event
335
336 capacity(CPU0) = C
337 capacity(CPU1) = C / 3
338
339 workload on CPU0
340 CPU work ^
341 | _________ _________
342 | | | |
343 +----+----+----+----+----+----+----
344 w w
345
346 workload on CPU1
347 CPU work ^
348 | _____________________________
349 | |
350 +----+----+----+----+----+----+----
351 w
352
353 该工作负载应该在CPU0上运行，不过
354
355 - 一开始发生不合适的调度（不准
356 - 一开始调度正确，但突然需要更
357
358 则任务可能变为CPU受限的，也就是
359 调度准则被违反，将不会有任何唤
360
361 这种场景下的任务被称为“不合适
362 任务迁移借助CFS负载均衡器，更明
363 当发生负载均衡时，如果一个misfit
364 那么misfit任务的主动负载均衡将被
365
366 5.2 实时调度
367 ------------
368
369 5.2.1 被唤醒任务的CPU选择
370 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
371
372 实时任务唤醒时的CPU选择，搜索满
373
374 task_uclamp_min(p) <= capacity(task_cpu(cpu)
375
376 同时仍然允许接着使用常规的优先
377 优先级的调度，CPU算力将被忽略。
378
379 5.3 最后期限调度
380 ----------------
381
382 5.3.1 被唤醒任务的CPU选择
383 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
384
385 最后期限任务唤醒时的CPU选择，搜
386
387 task_bandwidth(p) < capacity(task_cpu(p))
388
389 同时仍然允许接着使用常规的带宽
390 在当前CPU队列中。
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