1.. SPDX-License-Identifier: GPL-2.0
2.. include:: ../disclaimer-zh_CN.rst
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4:Original: Documentation/scheduler/schedutil.rst
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6:翻译:
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8  唐艺舟 Tang Yizhou <tangyeechou@gmail.com>
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11Schedutil
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14.. note::
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16   本文所有内容都假设频率和工作算力之间存在线性关系。我们知道这是有瑕疵的，
17   但这是最可行的近似处理。
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19PELT（实体负载跟踪，Per Entity Load Tracking）
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22通过PELT，我们跟踪了各种调度器实体的一些指标，从单个任务到任务组分片到CPU
23运行队列。我们使用指数加权移动平均数（Exponentially Weighted Moving Average，
24EWMA）作为其基础，每个周期（1024us）都会衰减，衰减速率满足y^32 = 0.5。
25也就是说，最近的32ms贡献负载的一半，而历史上的其它时间则贡献另一半。
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27具体而言：
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29  ewma_sum(u) := u_0 + u_1*y + u_2*y^2 + ...
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31  ewma(u) = ewma_sum(u) / ewma_sum(1)
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33由于这本质上是一个无限几何级数的累加，结果是可组合的，即ewma(A) + ewma(B) = ewma(A+B)。
34这个属性是关键，因为它提供了在任务迁移时重新组合平均数的能力。
35
36请注意，阻塞态的任务仍然对累加值（任务组分片和CPU运行队列）有贡献，这反映了
37它们在恢复运行后的预期贡献。
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39利用这一点，我们跟踪2个关键指标：“运行”和“可运行”。“运行”反映了一个调度实体
40在CPU上花费的时间，而“可运行”反映了一个调度实体在运行队列中花费的时间。当只有
41一个任务时，这两个指标是相同的，但一旦出现对CPU的争用，“运行”将减少以反映每个
42任务在CPU上花费的时间，而“可运行”将增加以反映争用的激烈程度。
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44更多细节见：kernel/sched/pelt.c
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47频率 / CPU不变性
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50因为CPU频率在1GHz时利用率为50%和CPU频率在2GHz时利用率为50%是不一样的，同样
51在小核上运行时利用率为50%和在大核上运行时利用率为50%是不一样的，我们允许架构
52以两个比率来伸缩时间差，其中一个是动态电压频率升降（Dynamic Voltage and
53Frequency Scaling，DVFS）比率，另一个是微架构比率。
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55对于简单的DVFS架构（软件有完全控制能力），我们可以很容易地计算该比率为::
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57            f_cur
58  r_dvfs := -----
59            f_max
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61对于由硬件控制DVFS的更多动态系统，我们使用硬件计数器（Intel APERF/MPERF，
62ARMv8.4-AMU）来计算这一比率。具体到Intel，我们使用::
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64           APERF
65  f_cur := ----- * P0
66           MPERF
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68             4C-turbo;  如果可用并且使能了turbo
69  f_max := { 1C-turbo;  如果使能了turbo
70             P0;        其它情况
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72                    f_cur
73  r_dvfs := min( 1, ----- )
74                    f_max
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76我们选择4C turbo而不是1C turbo，以使其更持久性略微更强。
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78r_cpu被定义为当前CPU的最高性能水平与系统中任何其它CPU的最高性能水平的比率。
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80  r_tot = r_dvfs * r_cpu
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82其结果是，上述“运行”和“可运行”的指标变成DVFS无关和CPU型号无关了。也就是说，
83我们可以在CPU之间转移和比较它们。
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85更多细节见:
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87 - kernel/sched/pelt.h:update_rq_clock_pelt()
88 - arch/x86/kernel/smpboot.c:"APERF/MPERF frequency ratio computation."
89 - Documentation/translations/zh_CN/scheduler/sched-capacity.rst:"1. CPU Capacity + 2. Task utilization"
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92UTIL_EST / UTIL_EST_FASTUP
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95由于周期性任务的平均数在睡眠时会衰减，而在运行时其预期利用率会和睡眠前相同，
96因此它们在再次运行后会面临（DVFS）的上涨。
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98为了缓解这个问题，（一个默认使能的编译选项）UTIL_EST驱动一个无限脉冲响应
99（Infinite Impulse Response，IIR）的EWMA，“运行”值在出队时是最高的。
100另一个默认使能的编译选项UTIL_EST_FASTUP修改了IIR滤波器，使其允许立即增加，
101仅在利用率下降时衰减。
102
103进一步，运行队列的（可运行任务的）利用率之和由下式计算：
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105  util_est := \Sum_t max( t_running, t_util_est_ewma )
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107更多细节见: kernel/sched/fair.c:util_est_dequeue()
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110UCLAMP
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113可以在每个CFS或RT任务上设置有效的u_min和u_max clamp值（译注：clamp可以理解
114为类似滤波器的能力，它定义了有效取值范围的最大值和最小值）；运行队列为所有正在
115运行的任务保持这些clamp的最大聚合值。
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117更多细节见: include/uapi/linux/sched/types.h
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120Schedutil / DVFS
121================
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123每当调度器的负载跟踪被更新时（任务唤醒、任务迁移、时间流逝），我们都会调用
124schedutil来更新硬件DVFS状态。
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126其基础是CPU运行队列的“运行”指标，根据上面的内容，它是CPU的频率不变的利用率
127估计值。由此我们计算出一个期望的频率，如下::
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129             max( running, util_est );  如果使能UTIL_EST
130  u_cfs := { running;                   其它情况
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132               clamp( u_cfs + u_rt, u_min, u_max );  如果使能UCLAMP_TASK
133  u_clamp := { u_cfs + u_rt;                         其它情况
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135  u := u_clamp + u_irq + u_dl;		[估计值。更多细节见源代码]
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137  f_des := min( f_max, 1.25 u * f_max )
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139关于IO-wait的说明：当发生更新是因为任务从IO完成中唤醒时，我们提升上面的“u”。
140
141然后，这个频率被用来选择一个P-state或OPP，或者直接混入一个发给硬件的CPPC式
142请求。
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144关于截止期限调度器的说明: 截止期限任务（偶发任务模型）使我们能够计算出满足
145工作负荷所需的硬f_min值。
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147因为这些回调函数是直接来自调度器的，所以DVFS的硬件交互应该是“快速”和非阻塞的。
148在硬件交互缓慢和昂贵的时候，schedutil支持DVFS请求限速，不过会降低效率。
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150更多信息见: kernel/sched/cpufreq_schedutil.c
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153注意
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156 - 在低负载场景下，DVFS是最相关的，“运行”的值将密切反映利用率。
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158 - 在负载饱和的场景下，任务迁移会导致一些瞬时性的使用率下降。假设我们有一个
159   CPU，有4个任务占用导致其饱和，接下来我们将一个任务迁移到另一个空闲CPU上，
160   旧的CPU的“运行”值将为0.75，而新的CPU将获得0.25。这是不可避免的，而且随着
161   时间流逝将自动修正。另注，由于没有空闲时间，我们还能保证f_max值吗？
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163 - 上述大部分内容是关于避免DVFS下滑，以及独立的DVFS域发生负载迁移时不得不
164   重新学习/提升频率。
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