Linux动态频率调节系统CPUFreq之系统负载的检测

mytomorrow · 发表于 2019-12-6 09:59

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Linux动态频率调节系统CPUFreq之系统负载的检测
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上一节我们提到，核心层启动一个governor后，会在每个使用该governor的cpu上建立一个工作队列，工作队列的执行函数是在common_dbs_data中gov_dbs_timer字段所指向的函数，理所当然，该函数由各个governor的具体代码来实现，对于ondemand governor，它的实现函数是od_dbs_timer。governor的公共层代码为我们提供了一个API：dbs_check_cpu，该API用来计算两个统计周期期间某个cpu的负载情况，我们先分析一下dbs_check_cpu：

void dbs_check_cpu(struct dbs_data *dbs_data, int cpu)
{
struct cpu_dbs_common_info *cdbs = dbs_data->cdata->get_cpu_cdbs(cpu);
......
policy = cdbs->cur_policy;
/* Get Absolute Load (in terms of freq for ondemand gov) */
for_each_cpu(j, policy->cpus) {
struct cpu_dbs_common_info *j_cdbs;
......
j_cdbs = dbs_data->cdata->get_cpu_cdbs(j);
......
cur_idle_time = get_cpu_idle_time(j, &cur_wall_time, io_busy);
wall_time = (unsigned int)
(cur_wall_time - j_cdbs->prev_cpu_wall);
j_cdbs->prev_cpu_wall = cur_wall_time;
idle_time = (unsigned int)
(cur_idle_time - j_cdbs->prev_cpu_idle);
j_cdbs->prev_cpu_idle = cur_idle_time;
......
load = 100 * (wall_time - idle_time) / wall_time;
......
load *= cur_freq； /* 实际的代码不是这样，为了简化讨论，精简为实际的计算逻辑*/
if (load > max_load)
max_load = load;
}
dbs_data->cdata->gov_check_cpu(cpu, max_load);
}# Q S" Z4 v+ E7 B6 b; O

由代码可以看出，遍历该policy下每个online的cpu，取出该cpu对应的cpu_dbs_common_info结构，该结构中的prev_cpu_idle和prev_cpu_wall保存有上一次采样周期时记录的idle时间和运行时间，负载的计算其实很简单：

idle_time = 本次idle时间 - 上次idle时间；
wall_time = 本次总运行时间 - 上次总运行时间；
负载load = 100 * （wall_time - idle_time）/ wall_time；
把所有cpu中，负载最大值记入max_load中，作为选择频率的依据；
$ ^: y5 ?2 ~. I0 u

计算出最大负载max_load后，调用具体governor实现的gov_check_cpu回调函数，对于ondemand来说，该回调函数是：od_check_cpu，我们跟进去看看：

static void od_check_cpu(int cpu, unsigned int load_freq)
{
struct od_cpu_dbs_info_s *dbs_info = &per_cpu(od_cpu_dbs_info, cpu);
struct cpufreq_policy *policy = dbs_info->cdbs.cur_policy;
struct dbs_data *dbs_data = policy->governor_data;
struct od_dbs_tuners *od_tuners = dbs_data->tuners;
dbs_info->freq_lo = 0;
/* Check for frequency increase */
if (load_freq > od_tuners->up_threshold * policy->cur) {
/* If switching to max speed, apply sampling_down_factor */
if (policy->cur < policy->max)
dbs_info->rate_mult =
od_tuners->sampling_down_factor;
dbs_freq_increase(policy, policy->max);
return;
}6 a2 U! k6 {) n) h/ ]) e

当负载比预设的阀值高时（od_tuners->up_threshold，默认值是95%），立刻选择该policy最大的工作频率作为接下来的工作频率。如果负载没有达到预设的阀值，但是当前频率已经是最低频率了，则什么都不做，直接返回：

if (policy->cur == policy->min)
return;
/ }+ j0 n5 C& w1 q( d6 U- a. Y' T

运行到这里，cpu的频率可能已经在上面的过程中被设置为最大频率，实际上我们可能并不需要这么高的频率，所以接着判断，当负载低于另一个预设值时，这时需要计算一个合适于该负载的新频率：

if (load_freq < od_tuners->adj_up_threshold
* policy->cur) {
unsigned int freq_next;
freq_next = load_freq / od_tuners->adj_up_threshold;
/* No longer fully busy, reset rate_mult */
dbs_info->rate_mult = 1;
if (freq_next < policy->min)
freq_next = policy->min;
if (!od_tuners->powersave_bias) {
__cpufreq_driver_target(policy, freq_next,
CPUFREQ_RELATION_L);
return;
}
freq_next = od_ops.powersave_bias_target(policy, freq_next,
CPUFREQ_RELATION_L);
__cpufreq_driver_target(policy, freq_next, CPUFREQ_RELATION_L);
}
}& ]0 P# M q$ Q5 {

对于ondemand来说，因为传入的负载是乘上了当前频率后的归一化值，所以计算新频率时，直接用load_freq除以想要的负载即可。本来计算出来的频率直接通过__cpufreq_driver_target函数，交给cpufreq_driver调节频率即可，但是这里的处理考虑了powersave_bias的设置情况，当设置了powersave_bias时，表明我们为了进一步节省电力，我们希望在计算出来的新频率的基础上，再乘以一个powersave_bias设定的百分比，作为真正的运行频率，powersave_bias的值从0-1000，每一步代表0.1%。实际的情况比想象中稍微复杂一点，考虑到乘以一个powersave_bias后的新频率可能不在cpu所支持的频率表中，ondemand算法会在频率表中查找，分别找出最接近新频率的一个区间，由高低两个频率组成，低的频率记入od_cpu_dbs_info_s结构的freq_lo字段中，高的频率通过od_ops.powersave_bias_target回调返回。同时，od_ops.powersave_bias_target回调函数还计算出高低两个频率应该运行的时间，分别记入od_cpu_dbs_info_s结构的freq_hi_jiffies和freq_low_jiffies字段中。原则是，通过两个不同频率的运行时间的组合，使得综合结果接近我们想要的目标频率。详细的计算逻辑请参考函数：generic_powersave_bias_target。

讨论完上面两个函数，让我们回到本节的开头，负载的计算工作是在一个工作队列中发起的，前面说过，ondemand对应的工作队列的工作函数是od_dbs_timer，我们看看他的实现代码：

static void od_dbs_timer(struct work_struct *work)
{
......
/* Common NORMAL_SAMPLE setup */
core_dbs_info->sample_type = OD_NORMAL_SAMPLE;
if (sample_type == OD_SUB_SAMPLE) {
delay = core_dbs_info->freq_lo_jiffies;
__cpufreq_driver_target(core_dbs_info->cdbs.cur_policy,
core_dbs_info->freq_lo, CPUFREQ_RELATION_H);
} else {
dbs_check_cpu(dbs_data, cpu);
if (core_dbs_info->freq_lo) {
/* Setup timer for SUB_SAMPLE */
core_dbs_info->sample_type = OD_SUB_SAMPLE;
delay = core_dbs_info->freq_hi_jiffies;
}
}
max_delay:
if (!delay)
delay = delay_for_sampling_rate(od_tuners->sampling_rate
* core_dbs_info->rate_mult);
gov_queue_work(dbs_data, dbs_info->cdbs.cur_policy, delay, modify_all);
mutex_unlock(&core_dbs_info->cdbs.timer_mutex);
}0 X F/ v4 ?8 O. E) m! f

如果sample_type是OD_SUB_SAMPLE时，表明上一次采样时，需要用高低两个频率来模拟实际的目标频率中的第二步：需要运行freq_lo，并且持续时间为freq_lo_jiffies。否则，调用公共层计算负载的API：dbs_check_cpu，开始一次新的采样，当powersave_bias没有设置时，该函数返回前，所需要的新的目标频率会被设置，考虑到powersave_bias的设置情况，判断一下如果freq_lo被设置，说明需要用高低两个频率来模拟实际的目标频率，高频率已经在dbs_check_cpu返回前被设置（实际的设置工作是在od_check_cpu中），所以把sample_type设置为OD_SUB_SAMPLE，以便下一次运行工作函数进行采样时可以设置低频率运行。最后，调度工作队列在下一个采样时刻再次运行，这样，cpu的工作频率实现了在每个采样周期，根据实际的负载情况，动态地设定合适的工作频率进行运行，既满足了性能的需求，也降低了系统的功耗，达到了cpufreq系统的最终目的，整个流程可以参考下图：

图 1 负载计算和频率选择

ExxNEN · 发表于 2019-12-6 17:35

谢谢分享

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