I Linux-kärnan kommer det att finnas möjlighet att använda eBPF för att skapa schemaläggare.

Linus Torvalds har uttryckt beredskap att ta med patchar med implementeringen av mekanismen "sched_ext" (SCX) i Linux 6.11-kärnan, vars release förväntas i slutet av september. Denna mekanism möjliggör användning av eBPF för att skapa CPU-schemaläggare som täcker nästan alla aspekter av uppgiftsutförande och resursfördelning av CPU. Sådana schemaläggare kan laddas dynamiskt och köras inom Linux-kärnan i en eBPF-virtuell maskin, där bytekoden översätts till maskininstruktioner med hjälp av JIT-kompilering och körs med prestanda likt kompilerad kod.

De föreslagna patcharna implementerar en ny klass av schemaläggning SCHED_EXT, där prioriteten för kärnans anrop mellan klasserna SCHED_IDLE och SCHED_NORMAL har ställts in. Detta hindrar BPF-hanterare kopplade till SCHED_EXT från att påverka uppgifter som redan är kopplade till den vanliga schemaläggaren (SCHED_NORMAL), men ger möjlighet att koppla enskilda uppgifter till SCHED_EXT eller flytta alla processer med lägre prioritet än realtidsutförande för att behandlas med hjälp av SCHED_EXT. Om inga BPF-hanterare är kopplade till SCHED_EXT kommer alla processer som flyttas till klassen SCHED_EXT att behandlas med SCHED_NORMAL-schemaläggaren. BPF-hanterarnas arbete består av att analysera köerna av uppgifter som väntar på att bli utförda på CPU (en global kö och en kö per CPU-kärna) och välja vilken uppgift som ska få CPU-resurser när en CPU-kärna blir ledig.

Mekanismen sched_ext förenklar skapandet av specifika schemaläggare för vissa uppgifter, ger möjlighet att experimentera med olika tekniker och strategier för schemaläggning, samt möjliggör snabb skapande av arbetsprototyper och att byta schemaläggare i realtid i arbetsinfrastrukturer. Till exempel kan en schemaläggare skapas med hjälp av sched_ext som tar hänsyn till specifikationen av en viss applikation och dynamiskt ändrar schemaläggningsstrategin för dess utförande beroende på systemets tillstånd och andra faktorer.

För närvarande utvecklas det redan cirka ett dussin schemaläggare baserade på sched_ext, där logiken för uppgiftsschemaläggning definieras i användarutrymmet och laddas in i kärnan i form av BPF-program:

• scx_layered — en hybriduppgiftsschemaläggare som delar upp uppgifter i lager, var och en med sin egen schemaläggningsstrategi. Till exempel låter scx_layered vissa uppgifter särskiljas i ett separat lager, för vilka vissa garanterade CPU-resurser kommer att tillhandahållas, eller höjer prioriteten för vissa applikationer. Schemaläggaren utvecklas av företaget Meta. Logiken för BPF-generering i användarutrymmet är skriven i språk som Rust.
• scx_rustland — en schemaläggare optimerad för att höja prioriteten för interaktiva uppgifter i en miljö med uppgifter som intensivt belastar CPU. Till exempel i testet av att starta spelapplikationen Terraria samtidigt som kärnan byggs, gjorde schemaläggaren scx_rustland att man kunde uppnå högre FPS i spelet än med den standardmässiga schemaläggaren EEVDF. Projektet utvecklas av en anställd på Canonical. Logiken för BPF-generering i användarutrymmet är skriven i språk som Rust.
• scx_lavd — implementeringen av LAVD-algoritmen för uppgiftsschemaläggning (Latency-criticality Aware Virtual Deadline), som tar hänsyn till vikten av att minska fördröjningar för specifika uppgifter och använder information om processernas framsteg vid resursfördelning för CPU. Schemaläggaren utvecklas av Igalia och Valve för att minska fördröjningar i datorspel och interaktiva uppgifter. Logiken för BPF-generering i användarutrymmet är skriven i språk som Rust.
• scx_rusty, scx_rlfifo, scx_mitosis — exempel på schemaläggare med komponenter i användarutrymmet skrivna i Rust, som implementerar balans mellan grupper av uppgifter beroende på belastningen, en enkel FIFO-schemaläggare och en schemaläggare för att binda grupper av uppgifter till kärnor av CPU.
• scx_central, scx_flatcg, scx_nest, scx_pair, scx_qmap, scx_simple, scx_userland — exempel på schemaläggare med komponenter i användarutrymmet skrivna i C, som illustrerar de olika funktionerna hos sched-ext.

Ursprungligen föreslogs mekanismen sched_ext för granskning av kärnutvecklarna år 2022, efter vilket sex versioner av patchen publicerades. Trots avsaknaden av stöd i kärnans huvudkomponenter, finns det möjlighet att installera sched_ext via extra paket för distributioner som Ubuntu, Arch Linux, Fedora och NixOS. Canonical överväger att inkludera komponenter av sched-ext i Ubuntu 24.10, och Valve arbetar med att integrera sched_ext i Steam Deck. På Meta tillämpas redan en scheduler baserad på sched_ext i den interna infrastrukturen.

Google experimenterar med sin egen ramverk ghOSt, som gör det möjligt att påverka beslut av schemaläggaren med hjälp av BPF-program. För närvarande har arbetet med att portera ghOSt till sched_ext inletts. Google utvecklar också en port av sched_ext för ChromeOS med avsikt att använda den för att aktivera den hybrida schemaläggaren scx_layered för att minska latensen utan att använda tillägg för realtidsarbete. Oculus utvecklar en port av sched_ext för Android.

Källa: opennet.ru