В ядрото на Linux ще се появи възможност за използване на eBPF за създаване на планировчици на задачи

Линус Торвальдс изрази готовност да приеме патчове с реализация на механизма «sched_ext» (SCX) в ядрото на Linux 6.11, чийто релиз се очаква в края на септември, който позволява използването на eBPF за създаване на планировчици на CPU, покриващи практически всички аспекти на планирането на изпълнението на задачи и разпределението на ресурсите на CPU. Подобни планировчици могат да бъдат зареждани динамично и да се изпълняват в ядрото на Linux в виртуална машина eBPF, в която, благодарение на прилагането на JIT-компилация, байткодът се трансформира в машинни инструкции и се изпълнява с производителността на компилиран код.

Предложените пачове реализират нов клас планиране SCHED_EXT, за който е зададен приоритет на извикване от ядрата между класовете SCHED_IDLE и SCHED_NORMAL, което не позволява в BPF-обработчиците, свързани с SCHED_EXT, да повлияят на задачите, вече прикрепени към стандартния планировчик на задачи (SCHED_NORMAL), но дава възможност за прикрепяне на отделни задачи към SCHED_EXT или прехвърляне за обработка на всички процеси с приоритет по-нисък от изпълнението в реално време. Ако към SCHED_EXT не са свързани BPF-обработчици, всички процеси, преместени в клас SCHED_EXT, ще се обработват с помощта на планировчика SCHED_NORMAL. Работата на BPF-обработчиците се състои в анализа на опашките от задачи, чакащи за изпълнение на CPU (една глобална опашка и по една опашка за всяко CPU ядро) и избора на задача, на която да бъдат предоставени ресурси на CPU, когато се освободи ядрото на CPU.

Механизмът sched_ext опростява създаването на специфични за определени задачи планировчици, дава възможност за експериментиране с различни техники и стратегии за планиране, както и позволява бързо създаване на работни прототипи и заменяне на планировчици в реално време в работните инфраструктури. Например, с помощта на sched_ext може да се създаде планировчик, който взема предвид спецификата на определено приложение и динамично променя стратегията за планиране на неговото изпълнение в зависимост от състоянието на системата и допълнителни фактори.

В момента се развиват около десетина планировчици на базата на sched_ext, логиката на планиране на задачите в които се определя в потребителското пространство и се зарежда в ядрото под формата на BPF-програми:

• scx_layered — хибриден планировчик на задачи, разделящ задачите на слоеве, за всеки от които се прилага собствена стратегия на планиране. Например, scx_layered позволява отделяне на определени задачи в отделен слой, за които ще бъдат предоставени определени гарантирани ресурси на CPU, или увеличаване на приоритета на отделни приложения. Планировчикът се развива от компанията Meta. Логиката за генериране на BPF, работеща в потребителското пространство, е написана на езика Rust.
• scx_rustland — планировчик, оптимизиран за повишаване на приоритета на интерактивни задачи на фона на задачи, които интензивно натоварват CPU. Например, в теста за стартиране на игралното приложение Terraria, съвместно със сборката на ядрото, планировчикът scx_rustland позволи постигане на по-висок FPS в играта в сравнение с използването на стандартния планировчик EEVDF. Проектът се развива от служител на компанията Canonical. Логиката за генериране на BPF, работеща в потребителското пространство, е написана на езика Rust.
• scx_lavd — реализация на алгоритъма за планиране на задачи LAVD (Latency-criticality Aware Virtual Deadline), който отчита важността на намаляването на закъсненията за конкретни задачи и използва информация за хода на изпълнение на процесите при вземане на решения относно разпределението на ресурсите на CPU. Планировчикът се развива от компаниите Igalia и Valve с цел намаляване на закъсненията в компютърните игри и интерактивни задачи. Логиката за генериране на BPF, работеща в потребителското пространство, е написана на езика Rust.
• scx_rusty, scx_rlfifo, scx_mitosis — примери за планировчици с компоненти в потребителското пространство на езика Rust, реализиращи балансиране между групи задачи в зависимост от натоварването, най-простият FIFO-планировчик и планировчик за привързване на групи задачи към ядра на CPU.
• scx_central, scx_flatcg, scx_nest, scx_pair, scx_qmap, scx_simple, scx_userland — примери на планировачите с компоненти в потребителското пространство на езика C, илюстриращи различните възможности на sched-ext.

Първоначално механизмът sched_ext беше предложен за разглеждане от разработчиците на ядрото през 2022 година, след което бяха публикувани шест редакции на патча. Въпреки липсата на поддръжка в основния състав на ядрото, за дистрибуциите Ubuntu, Arch Linux, Fedora и NixOS е предоставена възможност за инсталиране на sched_ext чрез допълнителни пакети. Компанията Canonical разглежда възможността за включване на компонентите на sched-ext в състава на Ubuntu 24.10, а компанията Valve работи по интеграцията на sched_ext в Steam Deck. В компанията Meta планировчикът на базата на sched_ext вече се използва в работната инфраструктура.

Компанията Google експериментира с използването на собствен фреймуърк ghOSt, позволяващ влияние върху решенията на планировчика на задачи чрез BPF програми. В момента започна работа по портироване на ghOSt на sched_ext. Google също така развива порт на sched_ext за ChromeOS с намерение да го използва за активиране на хибридния планировчик scx_layered с цел намаляване на закъсненията без използване на разширения за работа в режим на реално време. Компанията Oculus развива порт на sched_ext за Android.

Източник: opennet.ru