RT throttling分析【转】

转自：https://blog.csdn.net/u012728256/article/details/72639612

Linux上调度策略为SCHED_FIFO的实时进程是根据优先级抢占运行的。当没有更高优先级的实时进程抢占，而此进程又由于bug等原因长时间运行，不调度其它进程，系统就会出现无响应。这里要分析的RT throttling就是针对此种情况的，它通过限制每个单位时间内分配给实时进程的CPU运行时间，来防止上述情况的出现。

标准的设置是1s的时间内，实时进程的运行时间是950ms，其余的50ms时间给normal进程使用。

sched_rt_period_us值为1000000us=1s，表示单位时间为1s

sched_rt_runtime_us值为950000us=0.95s，表示实时进程的运行时间为0.95s。

这两个接口的实现代码如下：

Kernel/sysctl.c的kern_table片段

{

.procname = "sched_rt_period_us",

.data   = &sysctl_sched_rt_period,

.maxlen   = sizeof(unsigned int),

.mode   = 0644,

.proc_handler = sched_rt_handler,

},

{

.procname = "sched_rt_runtime_us",

.data   = &sysctl_sched_rt_runtime,

.maxlen   = sizeof(int),

.mode   = 0644,

.proc_handler = sched_rt_handler,

},

sched_rt_period_us接口设置的是sysctl_sched_rt_period变量，sched_rt_runtime_us接口设置的是sysctl_sched_rt_runtime变量。读写的实现都是通过sched_rt_handler函数，这里就不具体分析了。

我们知道了如何设置RT throttling，那么它是如何工作的呢？在实时进程的运行时间超出设定的阈值是如何处理的？

static void update_curr_rt(struct rq *rq)

{

if (curr->sched_class != &rt_sched_class) /*判断当前进程调度类*/

return;

/*运行队列现在的时间与当前进程开始运行时间之差* */

delta_exec= rq_clock_task(rq)-  curr->se.exec_start;

curr->se.sum_exec_runtime +=  delta_exec;  /*更新进程的真实运行时间*/

curr->se.exec_start =  rq_clock_task(rq);

if (!rt_bandwidth_enabled())  /*判断RT throttling是否开启*/

return;

for_each_sched_rt_entity(rt_se) { /*/*遍历此实时进程的调度单元*/*/

struct rt_rq*rt_rq =rt_rq_of_se(rt_se);

if (sched_rt_runtime(rt_rq)!=  RUNTIME_INF) {

rt_rq->rt_time +=  delta_exec;

/*rt_rq的运行时间是否超过了分配给它的时间片*/

if (sched_rt_runtime_exceeded(rt_rq))

resched_task(curr);

}

}

}

update_curr_rt函数用来更新当前实时进程的运行时间统计值，如果当前进程不是实时进程，即调度类不为rt_sched_class，则直接返回。

delta_exec值为此运行队列的当前时间与此进程开始运行时间之差，也即是此进程此次调度运行的时长。然后更新进程的真实运行时间和开始运行时间。

rt_bandwidth_enabled函数判断sysctl_sched_rt_runtime变量值是否大于0，如果此变量值设置为RUNTIME_INF(很大的负数)，就关掉了RT throttling功能，这里就会直接返回。

然后遍历此实时进程的调度实体，找到相应的就绪队列，更新运行时间后，通过sched_rt_runtime_exceeded函数判断是否此实时进程是否超过了分配给它的时间片。

sched_rt_runtime_exceeded代码片段：

u64 runtime =sched_rt_runtime(rt_rq);   /*获取当前队列的最大运行时间*/

if (rt_rq->rt_throttled)    /*当前队列的实时调度受到限制*/

return rt_rq_throttled(rt_rq);

/*当前队列的最大运行时间大于当前队列的调度周期时间*/

if (runtime>= sched_rt_period(rt_rq))

return 0;

balance_runtime(rt_rq);

runtime= sched_rt_runtime(rt_rq);  /*重新获取当前队列的最大运行时间*/

if (runtime== RUNTIME_INF) /*关闭了RT throttling*/

return 0;

runtime值为当前队列的最大运行时间rt_runtime。rt_throttled字段表示当前队列的实时调度是否受到限制，如果受到限制了，就直接返回1，在update_curr_rt函数中就会调用resched_task函数执行进程切换，让出cpu。

如果当前队列的最大运行时间大于当前队列的调度周期时间，则返回0，这样此运行队列上的任务还能够继续运行。

balance_runtime函数在RT_RUNTIME_SHARE特性使能的情况下，如果当前队列的运行时间超过了最大运行时间，则可以从其他cpu上借用时间。具体代码这里先不分析，后面分析。

重新获取当前队列的最大运行时间runtime，如果值等于RUNTIME_INF说明关闭了RT throttling，则直接返回0。

sched_rt_runtime_exceeded代码片段：

if (rt_rq->rt_time >  runtime) {  /*累计运行时间大于最大运行时间*/

struct rt_bandwidth *rt_b =sched_rt_bandwidth(rt_rq);

if (likely(rt_b->rt_runtime)) {

rt_rq->rt_throttled =  1;

printk_deferred_once("sched: RT throttling activated\n");

} else {

rt_rq->rt_time =  0;

}

if (rt_rq_throttled(rt_rq)) { /*检查队列的实时调度是否受到限制*/

sched_rt_rq_dequeue(rt_rq); /*将调度实体从实时运行队列中删除*/

return 1;

}

}

如果累计运行时间大于最大运行时间，就会执行上面的代码片段。rt_b为运行队列rt_rq的进程组带宽控制结构体指针，如果rt_runtime即此进程组的任务运行时间额度值有效，则设置rt_throttled为1，表明此队列的实时调度受到限制，并打印出“sched: RT throttling activated”信息。接着检查队列的实时调度如果受到限制，则返回1，在update_curr_rt函数中让出cpu。

在前面讲到balance_runtime在当前队列运行时间超过最大运行时间后，可以从其他cpu上借用时间，下面具体分析代码看下是如何实现的。

static int balance_runtime(struct rt_rq *rt_rq)

{

if (!sched_feat(RT_RUNTIME_SHARE))   /*RT_RUNTIME_SHARE支持多个cpu间的rt_runtime共享*/

return more;

if (rt_rq->rt_time >  rt_rq->rt_runtime) {

raw_spin_unlock(&rt_rq->rt_runtime_lock);

more =do_balance_runtime(rt_rq);

raw_spin_lock(&rt_rq->rt_runtime_lock);

}

}

RT_RUNTIME_SHARE默认是使能的(见kernel/sched/features.h文件)

SCHED_FEAT(RT_RUNTIME_SHARE, true)

它表示支持多个cpu间的rt_runtime共享。如果不支持的话，就直接返回。

如果当前队列的累计运行时间大于最大运行时间，则调用do_balance_runtime函数。

do_balance_runtime函数代码：

struct rt_bandwidth *rt_b =sched_rt_bandwidth(rt_rq);

struct root_domain *rd =rq_of_rt_rq(rt_rq)->rd;

weight= cpumask_weight(rd->span);

rt_period =ktime_to_ns(rt_b->rt_period);  /*任务组一个控制周期的时间*/

for_each_cpu(i,rd->span) {

/*找到在另一个cpu上运行的同一任务组的运行队列*/

struct rt_rq *iter =sched_rt_period_rt_rq(rt_b,i);

if (iter== rt_rq) /*同一运行队列则跳过*/

continue;

if (iter->rt_runtime ==  RUNTIME_INF) /*RT throttling关闭，不允许借用时间*/

goto  next;

diff =iter->rt_runtime -iter->rt_time;  /*最大能够借用时间*/

if (diff> 0) {

diff =div_u64((u64)diff,weight);

if (rt_rq->rt_runtime +  diff> rt_period)

diff =rt_period -  rt_rq->rt_runtime;  /*修正后可借用*/

iter->rt_runtime -=diff;

rt_rq->rt_runtime +=diff;

more =1;

if (rt_rq->rt_runtime ==rt_period) {/*满足条件退出，否则继续从其他cpu借用*/

break;

}

}

next:

}

rd->span表示此调度域的rq可运行的cpu的一个mask，这里会遍历此mask上的cpu，如果对应的cpu的rq和当前的rq是同一运行队列，则直接跳过；如果对应的cpu的rq已关闭RT throttling功能，则不允许借用时间。内核中关于这块代码的注释是：

Either all rqs have inf runtime and there's nothing to steal or __disable_runtime() below sets a specific rq to inf to indicate its been disabled and disalow stealing.

大概意思是如果所有的运行队列都设置为RUNTIME_INF即关闭了RT throttling功能，则没有时间可以借用。或者某个指定的运行队列调用__disable_runtime()函数，则不允许别的借用自己的时间。

diff是iter运行队列最大能够借用的时间，后面经过修正后，将diff加入到rt_rq的最大可运行时间上。如果新的最大可运行时间等于此任务组的控制周期的时间，则不需要接着再从其他的CPU上借用时间，就直接break退出。

实时进程所在的cpu占用超时，可以向其他的CPU借用，将其他CPU的时间借用过来，这样此实时进程所在的CPU占有率达到100%，这样做的目的是为了避免实时进程由于缺少CPU时间而向其他的CPU迁移，减少不必要的迁移成本。此cpu上为绑定核的普通进程可以迁移到其他cpu上，这样就会得到调度。但是如果此CPU上有进程绑定核了，那么就只有在这里饿死了。