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diff --git a/Documentation/core-api/workqueue.rst b/Documentation/core-api/workqueue.rst index ed73c612174d..bcc370c876be 100644 --- a/Documentation/core-api/workqueue.rst +++ b/Documentation/core-api/workqueue.rst @@ -671,7 +671,7 @@ configuration, worker pools and how workqueues map to the pools: :: events_unbound unbound 9 9 10 10 8 events_freezable percpu 0 2 4 6 events_power_efficient percpu 0 2 4 6 - events_freezable_power_ percpu 0 2 4 6 + events_freezable_pwr_ef percpu 0 2 4 6 rcu_gp percpu 0 2 4 6 rcu_par_gp percpu 0 2 4 6 slub_flushwq percpu 0 2 4 6 @@ -694,7 +694,7 @@ Use tools/workqueue/wq_monitor.py to monitor workqueue operations: :: events_unbound 38306 0 0.1 - 7 - - events_freezable 0 0 0.0 0 0 - - events_power_efficient 29598 0 0.2 0 0 - - - events_freezable_power_ 10 0 0.0 0 0 - - + events_freezable_pwr_ef 10 0 0.0 0 0 - - sock_diag_events 0 0 0.0 0 0 - - total infl CPUtime CPUhog CMW/RPR mayday rescued @@ -704,7 +704,7 @@ Use tools/workqueue/wq_monitor.py to monitor workqueue operations: :: events_unbound 38322 0 0.1 - 7 - - events_freezable 0 0 0.0 0 0 - - events_power_efficient 29603 0 0.2 0 0 - - - events_freezable_power_ 10 0 0.0 0 0 - - + events_freezable_pwr_ef 10 0 0.0 0 0 - - sock_diag_events 0 0 0.0 0 0 - - ... diff --git a/Documentation/translations/zh_CN/core-api/workqueue.rst b/Documentation/translations/zh_CN/core-api/workqueue.rst index 7fac6f75d078..fe0ff5a127f3 100644 --- a/Documentation/translations/zh_CN/core-api/workqueue.rst +++ b/Documentation/translations/zh_CN/core-api/workqueue.rst @@ -7,12 +7,13 @@ 司延腾 Yanteng Si <siyanteng@loongson.cn> 周彬彬 Binbin Zhou <zhoubinbin@loongson.cn> + 陈兴友 Xingyou Chen <rockrush@rockwork.org> .. _cn_workqueue.rst: -========================= -并发管理的工作队列 (cmwq) -========================= +======== +工作队列 +======== :日期: September, 2010 :作者: Tejun Heo <tj@kernel.org> @@ -22,7 +23,7 @@ 简介 ==== -在很多情况下，需要一个异步进程的执行环境，工作队列（wq）API是这种情况下 +在很多情况下，需要一个异步的程序执行环境，工作队列（wq）API是这种情况下 最常用的机制。 当需要这样一个异步执行上下文时，一个描述将要执行的函数的工作项（work， @@ -34,8 +35,8 @@ 队列时，工作者又开始执行。 -为什么要cmwq? -============= +为什么要有并发管理工作队列? +=========================== 在最初的wq实现中，多线程（MT）wq在每个CPU上有一个工作者线程，而单线程 （ST）wq在全系统有一个工作者线程。一个MT wq需要保持与CPU数量相同的工 @@ -73,9 +74,11 @@ 向该函数的工作项，并在工作队列中排队等待该工作项。（就是挂到workqueue 队列里面去） -特定目的线程，称为工作线程（工作者），一个接一个地执行队列中的功能。 -如果没有工作项排队，工作者线程就会闲置。这些工作者线程被管理在所谓 -的工作者池中。 +工作项可以在线程或BH(软中断)上下文中执行。 + +对于由线程执行的工作队列，被称为（内核）工作者（[k]worker）的特殊 +线程会依次执行其中的函数。如果没有工作项排队，工作者线程就会闲置。 +这些工作者线程被管理在所谓的工作者池中。 cmwq设计区分了面向用户的工作队列，子系统和驱动程序在上面排队工作， 以及管理工作者池和处理排队工作项的后端机制。 @@ -84,6 +87,10 @@ cmwq设计区分了面向用户的工作队列，子系统和驱动程序在上 优先级的工作项，还有一些额外的工作者池，用于服务未绑定工作队列的工 作项目——这些后备池的数量是动态的。 +BH工作队列使用相同的结构。然而，由于同一时间只可能有一个执行上下文， +不需要担心并发问题。每个CPU上的BH工作者池只包含一个用于表示BH执行 +上下文的虚拟工作者。BH工作队列可以被看作软中断的便捷接口。 + 当他们认为合适的时候，子系统和驱动程序可以通过特殊的 ``workqueue API`` 函数创建和排队工作项。他们可以通过在工作队列上 设置标志来影响工作项执行方式的某些方面，他们把工作项放在那里。这些 @@ -95,9 +102,9 @@ cmwq设计区分了面向用户的工作队列，子系统和驱动程序在上 否则一个绑定的工作队列的工作项将被排在与发起线程运行的CPU相关的普 通或高级工作工作者池的工作项列表中。 -对于任何工作者池的实施，管理并发水平（有多少执行上下文处于活动状 -态）是一个重要问题。最低水平是为了节省资源，而饱和水平是指系统被 -充分使用。 +对于任何线程池的实施，管理并发水平（有多少执行上下文处于活动状 +态）是一个重要问题。cmwq试图将并发保持在一个尽可能低且充足的 +水平。最低水平是为了节省资源，而充足是为了使系统能被充分使用。 每个与实际CPU绑定的worker-pool通过钩住调度器来实现并发管理。每当 一个活动的工作者被唤醒或睡眠时，工作者池就会得到通知，并跟踪当前可 @@ -140,6 +147,17 @@ workqueue将自动创建与属性相匹配的后备工作者池。调节并发 ``flags`` --------- +``WQ_BH`` + BH工作队列可以被看作软中断的便捷接口。它总是每个CPU一份， + 其中的各个工作项也会按在队列中的顺序，被所属CPU在软中断 + 上下文中执行。 + + BH工作队列的 ``max_active`` 值必须为0，且只能单独或和 + ``WQ_HIGHPRI`` 标志组合使用。 + + BH工作项不可以睡眠。像延迟排队、冲洗、取消等所有其他特性 + 都是支持的。 + ``WQ_UNBOUND`` 排队到非绑定wq的工作项由特殊的工作者池提供服务，这些工作者不 绑定在任何特定的CPU上。这使得wq表现得像一个简单的执行环境提 @@ -184,25 +202,21 @@ workqueue将自动创建与属性相匹配的后备工作者池。调节并发 -------------- ``@max_active`` 决定了每个CPU可以分配给wq的工作项的最大执行上 -下文数量。例如，如果 ``@max_active为16`` ，每个CPU最多可以同 -时执行16个wq的工作项。 +下文数量。例如，如果 ``@max_active`` 为16 ，每个CPU最多可以同 +时执行16个wq的工作项。它总是每CPU属性，即便对于未绑定 wq。 -目前，对于一个绑定的wq， ``@max_active`` 的最大限制是512，当指 -定为0时使用的默认值是256。对于非绑定的wq，其限制是512和 -4 * ``num_possible_cpus()`` 中的较高值。这些值被选得足够高，所 -以它们不是限制性因素，同时会在失控情况下提供保护。 +``@max_active`` 的最大限制是512，当指定为0时使用的默认值是256。 +这些值被选得足够高，所以它们不是限制性因素，同时会在失控情况下提供 +保护。 一个wq的活动工作项的数量通常由wq的用户来调节，更具体地说，是由用 户在同一时间可以排列多少个工作项来调节。除非有特定的需求来控制活动 工作项的数量，否则建议指定 为"0"。 -一些用户依赖于ST wq的严格执行顺序。 ``@max_active`` 为1和 ``WQ_UNBOUND`` -的组合用来实现这种行为。这种wq上的工作项目总是被排到未绑定的工作池 -中，并且在任何时候都只有一个工作项目处于活动状态，从而实现与ST wq相 -同的排序属性。 - -在目前的实现中，上述配置只保证了特定NUMA节点内的ST行为。相反， -``alloc_ordered_workqueue()`` 应该被用来实现全系统的ST行为。 +一些用户依赖于任意时刻最多只有一个工作项被执行，且各工作项被按队列中 +顺序处理带来的严格执行顺序。``@max_active`` 为1和 ``WQ_UNBOUND`` +的组合曾被用来实现这种行为，现在不用了。请使用 +``alloc_ordered_workqueue()`` 。 执行场景示例 @@ -285,7 +299,7 @@ And with cmwq with ``@max_active`` >= 3, :: * 除非有特殊需要，建议使用0作为@max_active。在大多数使用情 况下，并发水平通常保持在默认限制之下。 -* 一个wq作为前进进度保证（WQ_MEM_RECLAIM，冲洗（flush）和工 +* 一个wq作为前进进度保证，``WQ_MEM_RECLAIM`` ，冲洗（flush）和工 作项属性的域。不涉及内存回收的工作项，不需要作为工作项组的一 部分被刷新，也不需要任何特殊属性，可以使用系统中的一个wq。使 用专用wq和系统wq在执行特性上没有区别。 @@ -294,6 +308,337 @@ And with cmwq with ``@max_active`` >= 3, :: 益的，因为wq操作和工作项执行中的定位水平提高了。 +亲和性作用域 +============ + +一个非绑定工作队列根据其亲和性作用域来对CPU进行分组以提高缓存 +局部性。比如如果一个工作队列使用默认的“cache”亲和性作用域， +它将根据最后一级缓存的边界来分组处理器。这个工作队列上的工作项 +将被分配给一个与发起CPU共用最后级缓存的处理器上的工作者。根据 +``affinity_strict`` 的设置，工作者在启动后可能被允许移出 +所在作用域，也可能不被允许。 + +工作队列目前支持以下亲和性作用域。 + +``default`` + 使用模块参数 ``workqueue.default_affinity_scope`` 指定 + 的作用域，该参数总是会被设为以下作用域中的一个。 + +``cpu`` + CPU不被分组。一个CPU上发起的工作项会被同一CPU上的工作者执行。 + 这使非绑定工作队列表现得像是不含并发管理的每CPU工作队列。 + +``smt`` + CPU被按SMT边界分组。这通常意味着每个物理CPU核上的各逻辑CPU会 + 被分进同一组。 + +``cache`` + CPU被按缓存边界分组。采用哪个缓存边界由架构代码决定。很多情况 + 下会使用L3。这是默认的亲和性作用域。 + +``numa`` + CPU被按NUMA边界分组。 + +``system`` + 所有CPU被放在同一组。工作队列不尝试在临近发起CPU的CPU上运行 + 工作项。 + +默认的亲和性作用域可以被模块参数 ``workqueue.default_affinity_scope`` +修改，特定工作队列的亲和性作用域可以通过 ``apply_workqueue_attrs()`` +被更改。 + +如果设置了 ``WQ_SYSFS`` ，工作队列会在它的 ``/sys/devices/virtual/workqueue/WQ_NAME/`` +目录中有以下亲和性作用域相关的接口文件。 + +``affinity_scope`` + 读操作以查看当前的亲和性作用域。写操作用于更改设置。 + + 当前作用域是默认值时，当前生效的作用域也可以被从这个文件中 + 读到（小括号内），例如 ``default (cache)`` 。 + +``affinity_strict`` + 默认值0表明亲和性作用域不是严格的。当一个工作项开始执行时， + 工作队列尽量尝试使工作者处于亲和性作用域内，称为遣返。启动后， + 调度器可以自由地将工作者调度到系统中任意它认为合适的地方去。 + 这使得在保留使用其他CPU（如果必需且有可用）能力的同时， + 还能从作用域局部性上获益。 + + 如果设置为1，作用域内的所有工作者将被保证总是处于作用域内。 + 这在跨亲和性作用域会导致如功耗、负载隔离等方面的潜在影响时 + 会有用。严格的NUMA作用域也可用于和旧版内核中工作队列的行为 + 保持一致。 + + +亲和性作用域与性能 +================== + +如果非绑定工作队列的行为对绝大多数使用场景来说都是最优的， +不需要更多调节，就完美了。很不幸，在当前内核中，重度使用 +工作队列时，需要在局部性和利用率间显式地作一个明显的权衡。 + +更高的局部性带来更高效率，也就是相同数量的CPU周期内可以做 +更多工作。然而，如果发起者没能将工作项充分地分散在亲和性 +作用域间，更高的局部性也可能带来更低的整体系统利用率。以下 +dm-crypt 的性能测试清楚地阐明了这一取舍。 + +测试运行在一个12核24线程、4个L3缓存的处理器（AMD Ryzen +9 3900x）上。为保持一致性，关闭CPU超频。 ``/dev/dm-0`` +是NVME SSD（三星 990 PRO）上创建，用 ``cryptsetup`` +以默认配置打开的一个 dm-crypt 设备。 + + +场景 1: 机器上遍布着有充足的发起者和工作量 +------------------------------------------ + +使用命令：:: + + $ fio --filename=/dev/dm-0 --direct=1 --rw=randrw --bs=32k --ioengine=libaio \ + --iodepth=64 --runtime=60 --numjobs=24 --time_based --group_reporting \ + --name=iops-test-job --verify=sha512 + +这里有24个发起者，每个同时发起64个IO。 ``--verify=sha512`` +使得 ``fio`` 每次生成和读回内容受发起者和 ``kcryptd`` +间的执行局部性影响。下面是基于不同 ``kcryptd`` 的亲和性 +作用域设置，各经过五次测试得到的读取带宽和CPU利用率数据。 + +.. list-table:: + :widths: 16 20 20 + :header-rows: 1 + + * - 亲和性 + - 带宽 (MiBps) + - CPU利用率（%） + + * - system + - 1159.40 ±1.34 + - 99.31 ±0.02 + + * - cache + - 1166.40 ±0.89 + - 99.34 ±0.01 + + * - cache (strict) + - 1166.00 ±0.71 + - 99.35 ±0.01 + +在系统中分布着足够多发起者的情况下，不论严格与否，“cache” +没有表现得更差。三种配置均使整个机器达到饱和，但由于提高了 +局部性，缓存相关的两种有0.6%的（带宽）提升。 + + +场景 2: 更少发起者，足以达到饱和的工作量 +---------------------------------------- + +使用命令：:: + + $ fio --filename=/dev/dm-0 --direct=1 --rw=randrw --bs=32k \ + --ioengine=libaio --iodepth=64 --runtime=60 --numjobs=8 \ + --time_based --group_reporting --name=iops-test-job --verify=sha512 + +与上一个场景唯一的区别是 ``--numjobs=8``。 发起者数量 +减少为三分之一，但仍然有足以使系统达到饱和的工作总量。 + +.. list-table:: + :widths: 16 20 20 + :header-rows: 1 + + * - 亲和性 + - 带宽 (MiBps) + - CPU利用率（%） + + * - system + - 1155.40 ±0.89 + - 97.41 ±0.05 + + * - cache + - 1154.40 ±1.14 + - 96.15 ±0.09 + + * - cache (strict) + - 1112.00 ±4.64 + - 93.26 ±0.35 + +这里有超过使系统达到饱和所需的工作量。“system”和“cache” +都接近但并未使机器完全饱和。“cache”消耗更少的CPU但更高的 +效率使其得到和“system”相同的带宽。 + +八个发起者盘桓在四个L3缓存作用域间仍然允许“cache (strict)” +几乎使机器饱和，但缺少对工作的保持（不移到空闲处理器上） +开始带来3.7%的带宽损失。 + + +场景 3: 更少发起者，不充足的工作量 +---------------------------------- + +使用命令：:: + + $ fio --filename=/dev/dm-0 --direct=1 --rw=randrw --bs=32k \ + --ioengine=libaio --iodepth=64 --runtime=60 --numjobs=4 \ + --time_based --group_reporting --name=iops-test-job --verify=sha512 + +再次，唯一的区别是 ``--numjobs=4``。由于发起者减少到四个， +现在没有足以使系统饱和的工作量，带宽变得依赖于完成时延。 + +.. list-table:: + :widths: 16 20 20 + :header-rows: 1 + + * - 亲和性 + - 带宽 (MiBps) + - CPU利用率（%） + + * - system + - 993.60 ±1.82 + - 75.49 ±0.06 + + * - cache + - 973.40 ±1.52 + - 74.90 ±0.07 + + * - cache (strict) + - 828.20 ±4.49 + - 66.84 ±0.29 + +现在，局部性和利用率间的权衡更清晰了。“cache”展示出相比 +“system”2%的带宽损失，而“cache (strict)”跌到20%。 + + +结论和建议 +---------- + +在以上试验中，虽然一致并且也明显，但“cache”亲和性作用域 +相比“system”的性能优势并不大。然而，这影响是依赖于作用域 +间距离的，在更复杂的处理器拓扑下可能有更明显的影响。 + +虽然这些情形下缺少工作保持是有坏处的，但比“cache (strict)” +好多了，而且最大化工作队列利用率的需求也并不常见。因此， +“cache”是非绑定池的默认亲和性作用域。 + +* 由于不存在一个适用于大多数场景的选择，对于可能需要消耗 + 大量CPU的工作队列，建议通过 ``apply_workqueue_attrs()`` + 进行（专门）配置，并考虑是否启用 ``WQ_SYSFS``。 + +* 设置了严格“cpu”亲和性作用域的非绑定工作队列，它的行为与 + ``WQ_CPU_INTENSIVE`` 每CPU工作队列一样。后者没有真正 + 优势，而前者提供了大幅度的灵活性。 + +* 亲和性作用域是从Linux v6.5起引入的。为了模拟旧版行为， + 可以使用严格的“numa”亲和性作用域。 + +* 不严格的亲和性作用域中，缺少工作保持大概缘于调度器。内核 + 为什么没能维护好大多数场景下的工作保持，把事情作对，还没有 + 理论上的解释。因此，未来调度器的改进可能会使我们不再需要 + 这些调节项。 + + +检查配置 +======== + +使用 tools/workqueue/wq_dump.py（drgn脚本） 来检查未 +绑定CPU的亲和性配置，工作者池，以及工作队列如何映射到池上: :: + + $ tools/workqueue/wq_dump.py + Affinity Scopes + =============== + wq_unbound_cpumask=0000000f + + CPU + nr_pods 4 + pod_cpus [0]=00000001 [1]=00000002 [2]=00000004 [3]=00000008 + pod_node [0]=0 [1]=0 [2]=1 [3]=1 + cpu_pod [0]=0 [1]=1 [2]=2 [3]=3 + + SMT + nr_pods 4 + pod_cpus [0]=00000001 [1]=00000002 [2]=00000004 [3]=00000008 + pod_node [0]=0 [1]=0 [2]=1 [3]=1 + cpu_pod [0]=0 [1]=1 [2]=2 [3]=3 + + CACHE (default) + nr_pods 2 + pod_cpus [0]=00000003 [1]=0000000c + pod_node [0]=0 [1]=1 + cpu_pod [0]=0 [1]=0 [2]=1 [3]=1 + + NUMA + nr_pods 2 + pod_cpus [0]=00000003 [1]=0000000c + pod_node [0]=0 [1]=1 + cpu_pod [0]=0 [1]=0 [2]=1 [3]=1 + + SYSTEM + nr_pods 1 + pod_cpus [0]=0000000f + pod_node [0]=-1 + cpu_pod [0]=0 [1]=0 [2]=0 [3]=0 + + Worker Pools + ============ + pool[00] ref= 1 nice= 0 idle/workers= 4/ 4 cpu= 0 + pool[01] ref= 1 nice=-20 idle/workers= 2/ 2 cpu= 0 + pool[02] ref= 1 nice= 0 idle/workers= 4/ 4 cpu= 1 + pool[03] ref= 1 nice=-20 idle/workers= 2/ 2 cpu= 1 + pool[04] ref= 1 nice= 0 idle/workers= 4/ 4 cpu= 2 + pool[05] ref= 1 nice=-20 idle/workers= 2/ 2 cpu= 2 + pool[06] ref= 1 nice= 0 idle/workers= 3/ 3 cpu= 3 + pool[07] ref= 1 nice=-20 idle/workers= 2/ 2 cpu= 3 + pool[08] ref=42 nice= 0 idle/workers= 6/ 6 cpus=0000000f + pool[09] ref=28 nice= 0 idle/workers= 3/ 3 cpus=00000003 + pool[10] ref=28 nice= 0 idle/workers= 17/ 17 cpus=0000000c + pool[11] ref= 1 nice=-20 idle/workers= 1/ 1 cpus=0000000f + pool[12] ref= 2 nice=-20 idle/workers= 1/ 1 cpus=00000003 + pool[13] ref= 2 nice=-20 idle/workers= 1/ 1 cpus=0000000c + + Workqueue CPU -> pool + ===================== + [ workqueue \ CPU 0 1 2 3 dfl] + events percpu 0 2 4 6 + events_highpri percpu 1 3 5 7 + events_long percpu 0 2 4 6 + events_unbound unbound 9 9 10 10 8 + events_freezable percpu 0 2 4 6 + events_power_efficient percpu 0 2 4 6 + events_freezable_power_ percpu 0 2 4 6 + rcu_gp percpu 0 2 4 6 + rcu_par_gp percpu 0 2 4 6 + slub_flushwq percpu 0 2 4 6 + netns ordered 8 8 8 8 8 + ... + +参见命令的帮助消息以获取更多信息。 + + +监视 +==== + +使用 tools/workqueue/wq_monitor.py 来监视工作队列的运行： :: + + $ tools/workqueue/wq_monitor.py events + total infl CPUtime CPUhog CMW/RPR mayday rescued + events 18545 0 6.1 0 5 - - + events_highpri 8 0 0.0 0 0 - - + events_long 3 0 0.0 0 0 - - + events_unbound 38306 0 0.1 - 7 - - + events_freezable 0 0 0.0 0 0 - - + events_power_efficient 29598 0 0.2 0 0 - - + events_freezable_power_ 10 0 0.0 0 0 - - + sock_diag_events 0 0 0.0 0 0 - - + + total infl CPUtime CPUhog CMW/RPR mayday rescued + events 18548 0 6.1 0 5 - - + events_highpri 8 0 0.0 0 0 - - + events_long 3 0 0.0 0 0 - - + events_unbound 38322 0 0.1 - 7 - - + events_freezable 0 0 0.0 0 0 - - + events_power_efficient 29603 0 0.2 0 0 - - + events_freezable_power_ 10 0 0.0 0 0 - - + sock_diag_events 0 0 0.0 0 0 - - + + ... + +参见命令的帮助消息以获取更多信息。 + + 调试 ==== @@ -330,7 +675,6 @@ And with cmwq with ``@max_active`` >= 3, :: 工作队列保证，如果在工作项排队后满足以下条件，则工作项不能重入： - 1. 工作函数没有被改变。 2. 没有人将该工作项排到另一个工作队列中。 3. 该工作项尚未被重新启动。 |