전체 흐름
scheduler는 runnable entity를 시간, priority, capacity, energy, isolation constraint에 매핑하는 정책 기계다. 한 함수가 맞는지만 보면 안 되고, enqueue/dequeue/update/pick/migrate 사이의 conservation law를 봐야 한다.
함수 이름보다 입력 객체와 출력 객체를 먼저 본다. 이 토픽에서 어떤 구조체가 생성, 연결, publish, retire되는지 표시한다.
정상 경로와 실패 경로를 함께 확인한다. 성공 경로뿐 아니라 오류 복구, hotplug, 해제 과정에서 상태가 올바르게 정리되는지 점검한다.
왼쪽에서 오른쪽으로 갈수록 실제 상태 변경이 커진다. 각 코드 조각이 어느 단계에 해당하는지 대조한다.
소스 코드 위치
먼저 확인할 Linux 6.18.37 LTS 소스 파일
Linux 6.18.37 LTS: kernel/sched/fair.c
Linux 6.18.37 LTS: kernel/sched/topology.c
Linux 6.18.37 LTS: kernel/sched/sched.h설명: 첫 파일은 보통 진입 함수가 있는 곳이고, 나머지는 구조체 정의, architecture glue, callback 구현을 확인할 때 같이 연다. 파일을 여러 개 놓고 봐야 이 토픽의 boundary가 보인다.
대표 코드
load_balance
hrtick_update(rq);
}
#ifdef CONFIG_SMP
/* Working cpumask for: load_balance, load_balance_newidle. */
static DEFINE_PER_CPU(cpumask_var_t, load_balance_mask);
static DEFINE_PER_CPU(cpumask_var_t, select_rq_mask);
static DEFINE_PER_CPU(cpumask_var_t, should_we_balance_tmpmask);
#ifdef CONFIG_NO_HZ_COMMON
static struct {
cpumask_var_t idle_cpus_mask;
atomic_t nr_cpus;
int has_blocked; /* Idle CPUS has blocked load */
int needs_update; /* Newly idle CPUs need their next_balance collated */
unsigned long next_balance; /* in jiffy units */
unsigned long next_blocked; /* Next update of blocked load in jiffies */
} nohz ____cacheline_aligned;
#endif /* CONFIG_NO_HZ_COMMON */
static unsigned long cpu_load(struct rq *rq)
{
return cfs_rq_load_avg(&rq->cfs);
}
/*
* cpu_load_without - compute CPU load without any contributions from *p
* @cpu: the CPU which load is requested
* @p: the task which load should be discounted
*
* The load of a CPU is defined by the load of tasks currently enqueued on that
* CPU as well as tasks which are currently sleeping after an execution on that
* CPU.
*
* This method returns the load of the specified CPU by discounting the load of
* the specified task, whenever the task is currently contributing to the CPU
* load.확인 사항: 이 코드에서는 반환값보다 상태 변경을 먼저 확인한다. 어느 잠금을 획득한 뒤 어떤 필드를 바꾸는지, 실패 시 어느 레이블로 분기하는지, 변경된 상태를 다음 호출자가 어떤 전제로 사용하는지 추적한다.
find_busiest_group
if (decayed)
cpufreq_update_util(rq, 0);
rq_unlock_irqrestore(rq, &rf);
}
/********** Helpers for find_busiest_group ************************/
/*
* sg_lb_stats - stats of a sched_group required for load_balancing
*/
struct sg_lb_stats {
unsigned long avg_load; /*Avg load across the CPUs of the group */
unsigned long group_load; /* Total load over the CPUs of the group */
unsigned long group_capacity;
unsigned long group_util; /* Total utilization over the CPUs of the group */
unsigned long group_runnable; /* Total runnable time over the CPUs of the group */
unsigned int sum_nr_running; /* Nr of tasks running in the group */
unsigned int sum_h_nr_running; /* Nr of CFS tasks running in the group */
unsigned int idle_cpus;
unsigned int group_weight;
enum group_type group_type;
unsigned int group_asym_packing; /* Tasks should be moved to preferred CPU */
unsigned int group_smt_balance; /* Task on busy SMT be moved */
unsigned long group_misfit_task_load; /* A CPU has a task too big for its capacity */
#ifdef CONFIG_NUMA_BALANCING
unsigned int nr_numa_running;
unsigned int nr_preferred_running;
#endif
};
/*
* sd_lb_stats - Structure to store the statistics of a sched_domain
* during load balancing.
*/
struct sd_lb_stats {
struct sched_group *busiest; /* Busiest group in this sd */
struct sched_group *local; /* Local group in this sd */
unsigned long total_load; /* Total load of all groups in sd */
unsigned long total_capacity; /* Total capacity of all groups in sd */
unsigned long avg_load; /* Average load across all groups in sd */확인 사항: 이 코드에서는 반환값보다 상태 변경을 먼저 확인한다. 어느 잠금을 획득한 뒤 어떤 필드를 바꾸는지, 실패 시 어느 레이블로 분기하는지, 변경된 상태를 다음 호출자가 어떤 전제로 사용하는지 추적한다.
함수별 분석
CPU 간 runnable load와 capacity 차이를 보고 task migration을 결정하는 scheduler topology 알고리즘이다.
이 섹션은 원본 코드 발췌를 함수 이름 단위로 끊어, 각 함수가 어떤 전제 조건을 만들고 다음 함수가 무엇을 소비하는지 추적한다.
각 노드는 독립 함수가 아니라 전제 조건을 생산하고 소비하는 연결점이다. 코드를 읽을 때는 노드 사이에서 어떤 필드가 바뀌는지 표시한다.
1. load_balance
load_balance 주변에서는 sched_domain를 중심으로 본다. 이 필드는 balance 범위와 flag 역할을 하므로, 함수가 끝날 때 balance triggered 상태가 실제로 성립했는지 확인해야 한다.
원본 코드에서 볼 순서는 입력 범위 검증, 중심 필드 갱신, 다른 계층에 보이는 publish 지점, 실패 시 되돌림 순서다. 이 네 칸이 맞아야 다음 함수가 tick/nohz/idle에서 시작을 전제로 삼을 수 있다.
자주 틀리는 해석: 평균 load만 보고 capacity를 무시함
2. find_busiest_group
find_busiest_group 주변에서는 sched_domain를 중심으로 본다. 이 필드는 balance 범위와 flag 역할을 하므로, 함수가 끝날 때 busiest group found 상태가 실제로 성립했는지 확인해야 한다.
원본 코드에서 볼 순서는 입력 범위 검증, 중심 필드 갱신, 다른 계층에 보이는 publish 지점, 실패 시 되돌림 순서다. 이 네 칸이 맞아야 다음 함수가 imbalance 계산을 전제로 삼을 수 있다.
자주 틀리는 해석: task affinity와 cpuset 제약을 늦게 확인함
| 함수 | 입력 | 상태 변경 | 검증 질문 |
|---|---|---|---|
| load_balance | sched_domain, caller context, subsystem 전제 조건 | balance triggered: tick/nohz/idle에서 시작 | 평균 load만 보고 capacity를 무시함 문제를 코드상 어느 조건문 또는 error label에서 분리하는가 |
| find_busiest_group | sched_domain, caller context, subsystem 전제 조건 | busiest group found: imbalance 계산 | task affinity와 cpuset 제약을 늦게 확인함 문제를 코드상 어느 조건문 또는 error label에서 분리하는가 |
구조체와 필드
여기서는 “어떤 구조체가 있다”가 아니라 그 필드가 어느 단계에서 쓰기 가능하고 어느 단계부터 관찰 가능한지를 본다. 필드의 뜻보다 보호 규칙이 먼저다.
필드는 구조체 안에 흩어져 있지만, 실제 실행에서는 위 순서로 의미가 이어진다.
| 필드 | 읽는 법 | 확인 |
|---|---|---|
| sched_domain | balance 범위와 flag | 누가 쓰고, 누가 보호하고, 언제 lifetime이 끝나는지 원본 코드에서 확인 |
| sched_group_capacity | CPU capacity 모델 | 누가 쓰고, 누가 보호하고, 언제 lifetime이 끝나는지 원본 코드에서 확인 |
| env | detach/attach migration context | 누가 쓰고, 누가 보호하고, 언제 lifetime이 끝나는지 원본 코드에서 확인 |
| misfit task | capacity 불일치 후보 | 누가 쓰고, 누가 보호하고, 언제 lifetime이 끝나는지 원본 코드에서 확인 |
실행 단계와 상태 변화
실행 단계를 따로 정리하면 정상 경로와 실패 경로를 나란히 비교할 수 있다. 커널 문제는 최종 결과보다 준비가 덜 된 중간 상태를 다른 코드에 공개한 뒤, 실패 시 제대로 정리하지 못할 때 자주 발생한다.
화살표는 정상 진행 방향을 나타낸다. 중간 단계에서 실패하면 각 단계의 오류 처리 또는 대체 경로로 이동한다.
| 상태 | 의미 | 진입 조건 | 깨지는 지점 |
|---|---|---|---|
| balance triggered | tick/nohz/idle에서 시작 | 앞 단계 함수가 전제 조건을 만들고 error path가 정리된 뒤 | 다음 단계가 이 상태를 너무 일찍 소비하거나 늦게 정리할 때 |
| busiest group found | imbalance 계산 | 앞 단계 함수가 전제 조건을 만들고 error path가 정리된 뒤 | 다음 단계가 이 상태를 너무 일찍 소비하거나 늦게 정리할 때 |
| tasks detached | affinity와 load 기준 선택 | 앞 단계 함수가 전제 조건을 만들고 error path가 정리된 뒤 | 다음 단계가 이 상태를 너무 일찍 소비하거나 늦게 정리할 때 |
| tasks attached | target rq로 이동 | 앞 단계 함수가 전제 조건을 만들고 error path가 정리된 뒤 | 다음 단계가 이 상태를 너무 일찍 소비하거나 늦게 정리할 때 |
불변 조건과 실패 사례
load balancing의 핵심 객체가 외부에 공개된 뒤에는 마지막 참조가 사라질 때까지 해제 경로가 callback, timer, IRQ, worker와 경합하지 않아야 한다.
상태 필드를 바꾼 뒤 다른 CPU나 하위 계층이 관찰할 수 있다면 lock, barrier, refcount, RCU 중 어느 장치가 visibility를 보장하는지 확인한다.
중간 단계 실패는 성공 단계의 역순으로 되돌아가야 한다. goto label이 많은 코드는 label 이름보다 어느 resource가 이미 획득됐는지를 표로 적는다.
embedded bring-up에서는 panic보다 silence, timeout, deferred probe, interrupt flood처럼 간접 증상으로 드러나는 경우가 많다.
평균 load만 보고 capacity를 무시함
task affinity와 cpuset 제약을 늦게 확인함
migration cost/cache hotness를 모델 밖으로 밀어냄
계측과 검증
계측은 printk 위치 경쟁이 아니라 가설 검증이다. 먼저 위 상태표에서 멈춘 state를 정하고, 그 state를 바꾸는 함수와 그 결과를 소비하는 함수를 동시에 본다.
| 도구 | 보는 것 | 해석 |
|---|---|---|
| sched_migrate_task | load balancing 실행이 어느 단계에서 멈추는지 확인 | 로그가 찍힌 위치를 완료 시점으로 단정하지 말고, 바로 앞뒤 필드 변경을 원본에서 확인 |
| perf sched map | load balancing 실행이 어느 단계에서 멈추는지 확인 | 로그가 찍힌 위치를 완료 시점으로 단정하지 말고, 바로 앞뒤 필드 변경을 원본에서 확인 |
| /proc/sched_debug | load balancing 실행이 어느 단계에서 멈추는지 확인 | 로그가 찍힌 위치를 완료 시점으로 단정하지 말고, 바로 앞뒤 필드 변경을 원본에서 확인 |
| trace_sched_load_balance | load balancing 실행이 어느 단계에서 멈추는지 확인 | 로그가 찍힌 위치를 완료 시점으로 단정하지 말고, 바로 앞뒤 필드 변경을 원본에서 확인 |
# 예시: tracefs가 켜진 보드에서 토픽별 event를 좁혀 본다.
mount -t tracefs nodev /sys/kernel/tracing
echo function_graph > /sys/kernel/tracing/current_tracer
echo ':mod:*' > /sys/kernel/tracing/set_ftrace_filter
cat /sys/kernel/tracing/trace_pipe추가 확인 사항
- load balancing 의 state machine을 네 단계로 줄였을 때, 실제 코드에서 빠지는 intermediate state는 무엇인가?
- load balancing 의 fast path가 생략한 검사는 어느 init path 또는 slow path에서 보증되는가?
- 실험으로 확인한다면 '평균 load만 보고 capacity를 무시함' 문제를 어떤 tracepoint와 counter로 분리할 수 있는가?
- 실험으로 확인한다면 'task affinity와 cpuset 제약을 늦게 확인함' 문제를 어떤 tracepoint와 counter로 분리할 수 있는가?