linux内核调度算法(3)–多核系统的负载均衡

linux内核调度算法(3)–多核系统的负载均衡

多核CPU现在很常见,那么问题来了,一个程序在运行时,只在一个CPU核上运行?还是交替在多个CPU核上运行呢?Linux内核是如何在多核间调度进程的呢?又是内核又是CPU核,两个核有点绕,下面称CPU处理器来代替CPU核。

实际上,如果你没有对你的进程做过特殊处理的话,LINUX内核是有可能把它放到多个CPU处理器上运行的,这是内核的负载均衡。上文说过,每个处理器上有一个runqueue队列,表示这颗处理器上处于run状态的进程链表,在多处理器的内核中,就会有多个runqueue,而如果他们的大小很不均衡,就会触发内核的load_balance函数。这个函数会把某个CPU处理器上过多的进程移到runqueue元素相对少的CPU处理器上。

举个例子来简单说明这个过程吧。当我们刚fork出一个子进程时,子进程也还在当前CPU处理器的runqueue里,它与父进程均分父进程的时间片。当然,时间片与多处理器间的负载均衡没有关系。假设我们的系统是双核的,父进程运行在cpu0上,那么这个fork出来的进程也是在cpu0的runqueue中。

那么,什么时候会发生负载均衡呢?

1、当cpu1上的runqueue里一个可运行进程都没有的时候。这点很好理解,cpu1无事可作了,这时在cpu1上会调用load_balance,发现在cpu0上还有许多进程等待运行,那么它会从cpu0上的可运行进程里找到优先级最高的进程,拿到自己的runqueue里开始执行。

2、第1种情形不适用于运行队列一直不为空的情况。例如,cpu0上一直有10个可运行进程,cpu1上一直有1个可运行进程,显然,cpu0上的进程们得到了不公平的对待,它们拿到cpu的时间要小得多,第1种情形下的load_balance也一直不会调用。所以,实际上,每经过一个时钟节拍,内核会调用scheduler_tick函数,而这个函数会做许多事,例如减少当前正在执行的进程的时间片,在函数结尾处则会调用rebalance_tick函数。rebalance_tick函数决定以什么样的频率执行负载均衡。

static void rebalance_tick(int this_cpu, runqueue_t *this_rq,  
               enum idle_type idle)  
{  
    unsigned long old_load, this_load;  
    unsigned long j = jiffies + CPU_OFFSET(this_cpu);  
    struct sched_domain *sd;  
  
    /* Update our load */  
    old_load = this_rq->cpu_load;  
    this_load = this_rq->nr_running * SCHED_LOAD_SCALE;  
    /* 
     * Round up the averaging division if load is increasing. This 
     * prevents us from getting stuck on 9 if the load is 10, for 
     * example. 
     */  
    if (this_load > old_load)  
        old_load++;  
    this_rq->cpu_load = (old_load + this_load) / 2;  
  
    for_each_domain(this_cpu, sd) {  
        unsigned long interval;  
  
        if (!(sd->flags & SD_LOAD_BALANCE))  
            continue;  
  
        interval = sd->balance_interval;  
        if (idle != SCHED_IDLE)  
            interval *= sd->busy_factor;  
  
        /* scale ms to jiffies */  
        interval = msecs_to_jiffies(interval);  
        if (unlikely(!interval))  
            interval = 1;  
  
        if (j - sd->last_balance >= interval) {  
            if (load_balance(this_cpu, this_rq, sd, idle)) {  
                /* We've pulled tasks over so no longer idle */  
                idle = NOT_IDLE;  
            }  
            sd->last_balance += interval;  
        }  
    }  
}  

 
当idle标志位是SCHED_IDLE时,表示当前CPU处理器空闲,就会以很高的频繁来调用load_balance(1、2个时钟节拍),反之表示当前CPU并不空闲,会以很低的频繁调用load_balance(10-100ms)。具体的数值要看上面的interval了。

当然,多核CPU也有许多种,例如INTEL的超线程技术,而LINUX内核对一个INTEL超线程CPU会看成多个不同的CPU处理器。

上面说过,如果你没有对你的进程做过特殊处理的话,LINUX内核是有可能把它放到多个CPU处理器上运行的,但是,有时我们如果希望我们的进程一直运行在某个CPU处理器上,可以做到吗?内核提供了这样的系统调用。系统调用sched_getaffinity会返回当前进程使用的cpu掩码,而sched_setaffinity则可以设定该进程只能在哪几颗cpu处理器上执行。当我们对某些进程有强烈的期待,或者想自己来考虑CPU间的负载均衡,可以这么试试哈。

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