Linux动态频率调节系统CPUFreq之governor数据结构

mytomorrow · 发表于 2019-11-12 13:38

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在上面几章中，介绍了cpufreq的core层，core提供了cpufreq系统的初始化，公共数据结构的建立以及对cpufreq中其它子部件提供注册功能。core的最核心功能是对policy的管理，一个policy通过cpufreq_policy结构中的governor字段，和某个governor相关联，本章的内容正是要对governor进行讨论。

通过前面文章的介绍，我们知道，governor的作用是：检测系统的负载状况，然后根据当前的负载，选择出某个可供使用的工作频率，然后把该工作频率传递给cpufreq_driver，完成频率的动态调节。内核默认提供了5种governor供我们使用，在之前的内核版本中，每种governor几乎是独立的代码，它们各自用自己的方式实现对系统的负载进行监测，很多时候，检测的逻辑其实是很相似的，各个governor最大的不同之处其实是根据检测的结果，选择合适频率的策略。所以，为了减少代码的重复，在我现在分析的内核版本中（3.10.0），一些公共的逻辑代码被单独抽象出来，单独用一个文件来实现：/drivers/cpufreq/cpufreq_governor.c，而各个具体的governor则分别有自己的代码文件，如：cpufreq_ondemand.c，cpufreq_peRFormance.c。下面我们先从公共部分讨论。

1. 数据结构

cpu_dbs_common_info 该结构把对计算cpu负载需要使用到的一些辅助变量整合在了一起，通常，每个cpu都需要一个cpu_dbs_common_info结构体，该结构体中的成员会在governor的生命周期期间进行传递，以用于统计当前cpu的负载，它的定义如下：

/* Per cpu structures */
struct cpu_dbs_common_info {
int cpu;
u64 prev_cpu_idle;
u64 prev_cpu_wall;
u64 prev_cpu_nice;
struct cpufreq_policy *cur_policy;
struct delayed_work work;
struct mutex timer_mutex;
ktime_t time_stamp;
};
- U8 ?) Y: Q, A% c0 d6 U

cpu 与该结构体相关联的cpu编号。
prev_cpu_idle 上一次统计时刻该cpu停留在idle状态的总时间。
prev_cpu_wall 上一次统计时刻对应的总工作时间。
cur_policy 指向该cpu所使用的cpufreq_policy结构。
work 工作队列，该工作队列会被定期地触发，然后定期地进行负载的更新和统计工作。$ u5 m+ T8 f) L

dbs缩写，实际是：demand based switching，通常，因为cpu_dbs_common_info只包含了经过抽象后的公共部分，所以，各个governor会自己定义的一个包含cpu_dbs_common_info的自定义结构，例如对于ondemand，他会定义：

struct od_cpu_dbs_info_s {
struct cpu_dbs_common_info cdbs;
struct cpufreq_frequency_table *freq_table;
unsigned int freq_lo;
unsigned int freq_lo_jiffies;
unsigned int freq_hi_jiffies;
unsigned int rate_mult;
unsigned int sample_type:1;
};( S2 G1 @6 j! Q! z/ K! L& O

而对于Conservative，他的定义如下：

struct cs_cpu_dbs_info_s {
struct cpu_dbs_common_info cdbs;
unsigned int down_skip;
unsigned int requested_freq;
unsigned int enable:1;
};) C- L3 }; q6 {2 |% M) q6 u- o4 Q! y) l- z

把它理解为类似于C++语言的基类和子类的概念就是了。

common_dbs_data 各个独立的governor，需要和governor的公共层交互，需要实现一套公共的接口，这个接口由common_dbs_data结构来提供：

struct common_dbs_data {
/* Common across governors */
#define GOV_ONDEMAND 0
#define GOV_CONSERVATIVE 1
int governor;
struct attribute_group *attr_group_gov_sys; /* one governor - system */
struct attribute_group *attr_group_gov_pol; /* one governor - policy */
/* Common data for platforms that don't set have_governor_per_policy */
struct dbs_data *gdbs_data;
struct cpu_dbs_common_info *(*get_cpu_cdbs)(int cpu);
void *(*get_cpu_dbs_info_s)(int cpu);
void (*gov_dbs_timer)(struct work_struct *work);
void (*gov_check_cpu)(int cpu, unsigned int load);
int (*init)(struct dbs_data *dbs_data);
void (*exit)(struct dbs_data *dbs_data);
/* Governor specific ops, see below */
void *gov_ops;
};
2 o' t/ d2 b& N. _

主要的字段意义如下：

governor 因为ondemand和conservative的实现部分有很多相似的地方，用该字段做一区分，可以设置为GOV_ONDEMAND或GOV_CONSERVATIVE的其中之一。
attr_group_gov_sys 该公共的sysfs属性组。
attr_group_gov_pol 各policy使用的属性组，有时候多个policy会使用同一个governor算法。
gdbs_data 通常，当没有设置have_governor_per_policy时，表示所有的policy使用了同一种governor，该字段指向该governor的dbs_data结构。
get_cpu_cdbs 回调函数，公共层用它取得对应cpu的cpu_dbs_common_info结构指针。
get_cpu_dbs_info_s 回调函数，公共层用它取得对应cpu的cpu_dbs_common_info_s的派生结构指针，例如：od_cpu_dbs_info_s，cs_cpu_dbs_info_s。
gov_dbs_timer 前面说过，cpu_dbs_common_info_s结构中有一个工作队列，该回调通常用作工作队列的工作函数。
gov_check_cpu 计算cpu负载的回调函数，通常会直接调用公共层提供的dbs_check_cpu函数完成实际的计算工作。
init 初始化回调，用于完成该governor的一些额外的初始化工作。
exit 回调函数，governor被移除时调用。
gov_ops 各个governor可以用该指针定义各自特有的一些操作接口。
* {! E5 S0 |1 Y6 H* k( E: q3 |

dbs_data 该结构体通常由governor的公共层代码在governor的初始化阶段动态创建，该结构的一个最重要的字段就是cdata：一个common_dbs_data结构指针，另外，该结构还包含一些定义governor工作方式的一些调节参数。该结构的详细定义如下：

struct dbs_data {
struct common_dbs_data *cdata;
unsigned int min_sampling_rate;
int usage_count;
void *tuners;
/* dbs_mutex protects dbs_enable in governor start/stop */
struct mutex mutex;
};5 P1 }- q- \' j: A/ T

几个主要的字段：

cdata 一个common_dbs_data结构指针，通常由具体governor的实现部分定义好，然后作为参数，通过公共层的API：cpufreq_governor_dbs，传递到公共层，cpufreq_governor_dbs函数在创建好dbs_data结构后，把该指针赋值给该字段。
min_sampling_rate 用于记录统计cpu负载的采样周期。
usage_count 当没有设置have_governor_per_policy时，意味着所有的policy采用同一个governor，该字段就是用来统计目前该governor被多少个policy引用。
tuners 指向governor的调节参数结构，不同的governor可以定义自己的tuner结构，公共层代码会在governor的初始化阶段调用common_dbs_data结构的init回调函数，governor的实现可以在init回调中初始化tuners字段。1 @8 k$ }+ ^/ l) F e% Y

如果设置了have_governor_per_policy，每个policy拥有各自独立的governor，也就是说，拥有独立的dbs_data结构，它会记录在cpufreq_policy结构的governor_data字段中，否则，如果没有设置have_governor_per_policy，多个policy共享一个governor，和同一个dbs_data结构关联，此时，dbs_data被赋值在common_dbs_data结构的gdbs_data字段中。

cpufreq_governor 这个结构在本系列文章的第一篇已经介绍过了，请参看Linux动态频率调节系统CPUFreq之一：概述。几个数据结构的关系如下图所示：

图 1.1 governor的数据结构关系

下面我们以ondemand这个系统已经实现的governor为例，说明一下如何实现一个governor。具体的代码请参看：/drivers/cpufreq/cpufreq_ondemand.c。

wu68aq · 发表于 2019-11-21 13:40

谢谢分享。

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