调度器45—wake_affine
基于 Linux-5.10
一、wake_affine 简介
1. 背景
在进程唤醒选核路径中, wake_affine 倾向于将被唤醒进程(wakee)尽可能安排在 waker所在 CPU 上, 这样考虑的原因是: 有唤醒关系的进程是相互关联的, 尽可能地运行在具有 cache 共享的调度域中,
这样可以获得一些 chache-hit 带来的性能提升。
将 wakee 主要唤醒在 waker CPU 上, 必然造成 waker 和 wakee 的资源竞争. 特别是对于 1:N 场景下（一个waker唤醒多个wakee）, wake_affine 会导致 waker 进程饥饿。
为了解决这一情况，COMMIT 62470419e993 "sched: Implement smarter wake-affine logic" 实现了一种智能 wake-affine 的优化机制. 用于 wake_flips 的巧妙方式, 识别出 1:N 等复杂唤醒模型, 只有在认
为 wake_affine 能提升性能时(want_affine)才进行 wake_affine.
2. COMMIT 62470419e993 翻译
kernel-5.10$ git show 62470419e993
commit 62470419e993f8d9d93db0effd3af4296ecb79a5
Author: Michael Wang <wangyun@linux.vnet.ibm.com>
Date: Thu Jul 4 12:55:51 2013 +0800
sched: Implement smarter wake-affine logic
sched：实现更智能的 wake-affine 逻辑
wake-affine调度器功能目前总是试图将 wakee(被唤醒者) 拉近 waker(唤醒者)。 从理论上讲，如果唤醒者的 CPU 为被唤醒者缓存热数据，这应该是有益的，并且在极端乒乓的高上下文切换率的情况下也是有益的。
测试表明它可以使 hackbench 受益高达 15%。
但是，该功能有些盲目，某些工作负载（例如 pgbench）会受到影响。 它在算法上也很耗时。
测试表明，它可以将 pgbench 损坏高达 50%——远远超过它在最佳情况下带来的好处。
所以 wake-affine 应该更聪明，它应该意识到什么时候应该停止它在寻找合适的 CPU 来唤醒时的吃力不讨好的努力。
此补丁引入了“wakee_flips”，每次任务翻转（切换）其唤醒目标时都会增加（之前唤醒的是A这次唤醒的不是A，则加1）。
所以一个高的'wakee_flips'值意味着任务有多个 wakee（1:N），数字越大，唤醒频率越高。###############
现在在决定是否拉取时，要注意'wakee_flips'高的 wakee，拉取这样的任务可能对 wakee 有利。 也暗示 waker 之后将面临残酷的竞争，可能非常残酷或非常快因此遭受损失，取决于'wakee_flips'背后的故事。
此外，如果 waker 也有很高的 'wakee_flips'，这意味着多个任务依赖它（也有很多任务唤醒 waker），那么 waker 的更高延迟会损坏所有这些任务，因此拉动 wakee 似乎是一个糟糕的交易。
因此，当'waker->wakee_flips / wakee->wakee_flips'变得越来越高时，拉动的代价似乎越来越高。
因此，该补丁有助于 wake-affine 功能在以下情况下停止其拉动工作：
wakee->wakee_flips > factor && waker->wakee_flips > (factor * wakee->wakee_flips)
这里的'factor'是当前CPU的NUMA节点中的CPU数量，因此更大的节点将导致更多的拉动，因为试验变得更加严格。
应用补丁后，pgbench 显示出高达 40% 的改进并且没有退化。
使用 12 个 cpu x86 服务器和 tip 3.10.0-rc7 进行测试。
最后一列中的百分比突出显示了获胜最多的领域，所有其他领域也得到了改善：
pgbench base smart | db_size | clients | tps | | tps | +---------+---------+-------+ +-------+ | 22 MB | 1 | 10598 | | 10796 | | 22 MB | 2 | 21257 | | 21336 | | 22 MB | 4 | 41386 | | 41622 | | 22 MB | 8 | 51253 | | 57932 | | 22 MB | 12 | 48570 | | 54000 | | 22 MB | 16 | 46748 | | 55982 | +19.75% | 22 MB | 24 | 44346 | | 55847 | +25.93% | 22 MB | 32 | 43460 | | 54614 | +25.66% | 7484 MB | 1 | 8951 | | 9193 | | 7484 MB | 2 | 19233 | | 19240 | | 7484 MB | 4 | 37239 | | 37302 | | 7484 MB | 8 | 46087 | | 50018 | | 7484 MB | 12 | 42054 | | 48763 | | 7484 MB | 16 | 40765 | | 51633 | +26.66% | 7484 MB | 24 | 37651 | | 52377 | +39.11% | 7484 MB | 32 | 37056 | | 51108 | +37.92% | 15 GB | 1 | 8845 | | 9104 | | 15 GB | 2 | 19094 | | 19162 | | 15 GB | 4 | 36979 | | 36983 | | 15 GB | 8 | 46087 | | 49977 | | 15 GB | 12 | 41901 | | 48591 | | 15 GB | 16 | 40147 | | 50651 | +26.16% | 15 GB | 24 | 37250 | | 52365 | +40.58% | 15 GB | 32 | 36470 | | 50015 | +37.14%
二、wake_affine 实现
只在fair.c中的选核路径中使用。
1. 相关函数
static void record_wakee(struct task_struct *p) { /* 对 wakee_flips 每秒衰减50% */ if (time_after(jiffies, current->wakee_flip_decay_ts + HZ)) { current->wakee_flips >>= 1; current->wakee_flip_decay_ts = jiffies; } /* 唤醒的任务变了，则 wakee_flips 加1 */ if (current->last_wakee != p) { current->last_wakee = p; current->wakee_flips++; } } static int wake_wide(struct task_struct *p) { unsigned int master = current->wakee_flips; //waker的wakee翻转次数 unsigned int slave = p->wakee_flips; //wakee的wakee翻转次数 int factor = __this_cpu_read(sd_llc_size); //本CPU所在Cluster的CPU个数 if (master < slave) swap(master, slave); /* 此次的waker和wakee的唤醒翻转有一个较小则返回0。或用的是否恰当？#### */ if (slave < factor || master < slave * factor) return 0; return 1; } static int wake_affine(struct sched_domain *sd, struct task_struct *p, int this_cpu, int prev_cpu, int sync) { int target = nr_cpumask_bits; /* WA_IDLE 默认为真 */ if (sched_feat(WA_IDLE)) /* 根据idle和sync情况看能否选this_cpu或prev_cpu */ target = wake_affine_idle(this_cpu, prev_cpu, sync); /* WA_WEIGHT 默认为真 */ if (sched_feat(WA_WEIGHT) && target == nr_cpumask_bits) /* 若上面没有选到，根据sync和负载看能否选this_cpu */ target = wake_affine_weight(sd, p, this_cpu, prev_cpu, sync); /* 走到这里会有统计 */ schedstat_inc(p->se.statistics.nr_wakeups_affine_attempts); /* 若上面都没选到，则选prev_cpu */ if (target == nr_cpumask_bits) return prev_cpu; schedstat_inc(sd->ttwu_move_affine); /* 走到这里会有统计 */ schedstat_inc(p->se.statistics.nr_wakeups_affine); return target; }
2. 调用路径：
static int select_task_rq_fair(struct task_struct *p, int prev_cpu, int sd_flag, int wake_flags) { struct sched_domain *tmp, *sd = NULL; int cpu = smp_processor_id(); int new_cpu = prev_cpu; int want_affine = 0; int sync = (wake_flags & WF_SYNC) && !(current->flags & PF_EXITING); ... /* 必须是唤醒选核路径 */ if (sd_flag & SD_BALANCE_WAKE) { record_wakee(p); ... /* * 此次的waker和wakee的唤醒翻转有一个较小，且任务p允许运行在此cpu上， * 则表示需要 wake_affine。 * want_affine为真下面才会遍历到DIE层级. */ want_affine = !wake_wide(p) && cpumask_test_cpu(cpu, p->cpus_ptr); } ... /* 遍历当前cpu所在调度域，从MC到DIE遍历 */ for_each_domain(cpu, tmp) { /* * SD_WAKE_AFFINE: MC和DIE层级都有此标志。 * MC层级sd->span包含此cluster的所有CPU，DIE层级的sd->span包含系统中的所有CPU。 * 需要 wake_affine 且 任务之前运行的CPU和当前CPU属于同一个cluster. */ if (want_affine && (tmp->flags & SD_WAKE_AFFINE) && cpumask_test_cpu(prev_cpu, sched_domain_span(tmp))) { if (cpu != prev_cpu) new_cpu = wake_affine(tmp, p, cpu, prev_cpu, sync); break; } ... if (!want_affine) break; } ... return new_cpu; }
可见原生内核下 wake_affine 对选核影响还挺大的，主要选与当前CPU同Cluster的CPU作为备选CPU。
三、相关DEBUG接口
1. 查看走入wake_affine选核的次数占比
# cat /proc/1265/sched se.statistics.nr_wakeups : 28 se.statistics.nr_wakeups_sync : 1 se.statistics.nr_wakeups_migrate : 1 se.statistics.nr_wakeups_local : 16 se.statistics.nr_wakeups_remote : 12 se.statistics.nr_wakeups_affine : 0 se.statistics.nr_wakeups_affine_attempts : 10 ... nr_switches : 2 nr_voluntary_switches : 2 nr_involuntary_switches : 0
四、总结
1. wake_affine 主要是想将wakee拉到waker所在的CPU上以便于cache-hit，但是对于1:N的唤醒模型会导致wake饥饿，于是映入 wake_flip 的概念。
2. wake_wide() 用于表示是否需要 wake-affine，使用的却是或，是否合理可能值得再商榷。
posted on 2023-02-18 22:57 Hello-World3 阅读(293) 评论(0) 编辑 收藏 举报
