调度器46—tick模式

一、tick简介

tick就是一个周期性的中断，周期通过 CONFIG_HZ 进行配置，一般常取值为100Hz、250Hz、1000Hz。Tick 每秒窃取CPU 100 到 1000 次，导致Icache、dcache 定期被丢弃。

低频(100 Hz)主要注重吞吐量、更少的中断、更少的 CPU 被盗、更少的缓存垃圾，而高频(1000 Hz)则更注重延迟、计时器和调度程序粒度、cputime 精度。 hrtimer 的出现降低了低频缺点对 poll(), epoll()...的使用的影响。

外受tick频率影响的还有：
Timekeeping (walltime, xtime, gettimeofday())
Jiffies: relative, internal clock
timer wheel: struct timer_list。
Posix CPU timers (itimer, timer_settime, RLIM_CPU, ...)
Cputime stats
Scheduler (local and global fairness, bandwidth, load/time accounting...)
RCU

二、Dynticks idle

在 idle 状态下周期的 tick 中断将 CPU 唤醒是对功耗有害的，在内核中通过 CONFIG_NO_HZ(旧内核版本 CONFIG_NO_HZ_IDLE) 来使能 dynamtic tick，下面函数是进入 tick idle 模式(CPU idle后不在其上产生周期tick中断)和退
出 tick idle 模式。进入 tick idle 模式后CPU可进入更深的 C-states。

void tick_nohz_idle_enter(void); //kernel/time/tick-sched.c

void tick_nohz_idle_exit(void); //kernel/time/tick-sched.c

Dynticks idle 在2007年合入到 Linux-2.6.21 版本中。

tick示意图：

idle后tick示意图：

三、Full dynticks

即使在繁忙的 CPU 上也需要停止 tick。在 Linux-3.10 中合入。目的是为了减少周期tick需要付出各种代价和要求。将tick的周期性驱动改为事件驱动(Poll driven -> Event driven)。

1. Full dynticks：Cputime accounting

配置 CONFIG_TICK_CPU_ACCOUNTING 进行使能，通过探测进行驱动的，监听 Syscall entry/exit、Exception entry/exit (traps, faults, ...)、Irqs entry/exit 来进行计数。

若配置的是 CONFIG_VIRT_CPU_ACCOUNTING_GEN(应该是与上面互斥的)，相同的监听，但是计算的是jiffie时间值：

2. Full dynticks: RCU

(1) 静止状态 = CPU未使用RCU。所有CPU上报静态后宽限期结束，宽限期是一个所有 CPU 都参与的全局状态机。其中就有通过在 tick 中轮询静止状态。

(2) 扩展静止状态 = CPU不使用RCU且不对静止状态进行轮询。这是全局状态机的被动部分，无静态请求（即：不需要tick），对 dynticks 有用，Idle = 扩展静止状态，以强制节能。

(3) 用户空间RCU（未来可能会用起来），Userspace = extended quiescent(CONFIG_RCU_USER_QS)，Dynticks可能存在于用户空间中。

3. Full dynticks: Timekeeping

Tickless busy CPU 可以使用 jiffies/walltime。不像dyntick idle需要timekeeping。需要1个周期性timekeeper：电源问题。现在用来自 Paul Mckenney 的很酷的新 CONFIG_NO_HZ_FULL_SYSIDLE 解决了。

4. Full dynticks: single task

如果不止一个任务运行（抢占），则需要局部公平。当 CPU 上只有单个任务时停止tick。未来：hrtick ？

5. Full dynticks: 1 Hz hack

调度程序还需要做一些工作：负载均衡、各种状态统计、负载平均等...。最多保持1Hz，直到解决。

四、实验

在tick idle状态中，CPU没有 arch_timer 中断了，但是还有其他中断产生。

参考：
Documentation/timers/NO_HZ.txt
(Nearly) full tickless operation in 3.10 – http://lwn.net/Articles/549580/
“The 2012 realtime minisummit” (LWN, CPU isolation discussion) – http://lwn.net/Articles/520704/
“NoHZ tasks” (LWN) – http://lwn.net/Articles/420544/