2.7.4 负载追踪 - 更新负载

知道了负载及其计算原理之后，更新负载的逻辑就比较好理解了。系统通过函数 update_load_avg 来完成对调度实体与其cfsrq的负载更新，该函数的实现如下：

/* file: kernel/sched/fair.c */
static inline void update_load_avg(struct cfs_rq *cfs_rq,
                                   struct sched_entity *se, int flags) {
    /* 当前时间，精度为ns */
    u64 now = cfs_rq_clock_pelt(cfs_rq);
    int decayed;

    if (se->avg.last_update_time && !(flags & SKIP_AGE_LOAD))
        __update_load_avg_se(now, cfs_rq, se); /* 更新se的负载信息 */

    /* 其余代码删除 */
}

这里我们只关注更新 se 负载的逻辑，该部分逻辑通过 __update_load_avg_se 完成：

/* file: kernel/sched/pelt.c */
int __update_load_avg_se(u64 now, struct cfs_rq *cfs_rq,
                         struct sched_entity *se) {
    /* 先更新se 的负载总和 */
    if (___update_load_sum(now, &se->avg, !!se->on_rq, se_runnable(se),
                           cfs_rq->curr == se)) {
        /* 更新 se 的平均负载，平均负载的计算逻辑与负载总和与权重有关 */
        ___update_load_avg(&se->avg, se_weight(se));
        cfs_se_util_change(&se->avg);
        trace_pelt_se_tp(se);
        return 1;
    }

    return 0;
}

其中函数 ___update_load_sum 用来更新负载的累计总和，而 ___update_load_avg 会根据se的负载总和算出其平均负载，计算时会考虑se的负载总和与权重。前者的实现如下：

/* file: kernel/sched/pelt.c */
static __always_inline int ___update_load_sum(u64 now, struct sched_avg *sa,
                                              unsigned long load,
                                              unsigned long runnable,
                                              int running) {
    u64 delta;

    /* 距离上一次更新负载的时间差，单位是ns，该时间为墙上时间 */
    delta = now - sa->last_update_time;

    if ((s64)delta < 0) {
        sa->last_update_time = now;
        return 0;
    }

    /* delta的精度是ns, 所以右移10位变为us, 这里假设 1us = 1024ns 以简化计算 */
    delta >>= 10;
    if (!delta)
        return 0;

    /* 这里更新时间时，对delta的位移运算相当于抹掉了最近1024ns内的那部分时间，因为这部分时间就是记录在低十位数里面的。
     * 但末尾的ns尾数太小了可以忽略了，计算负载时精度考虑到 us 级别就行。
     * */
    sa->last_update_time += delta << 10;

    /* 调用函数accumulate_sum更新负载总和，该函数的实现上一节已经有详细分析 */
    if (!accumulate_sum(delta, sa, load, runnable, running))
        return 0;

    return 1;
}

该函数主要就是调用前面已经讨论过的 accumulate_sum 更新负载总和，并且记录一下更新的时间点。我们再看一下系统如何计算平均负载：

/* file: kernel/sched/pelt.c */
static __always_inline void ___update_load_avg(struct sched_avg *sa,
                                               unsigned long load) {
    u32 divider = get_pelt_divider(sa);

    /* 计算平均负载 */
    sa->load_avg = div_u64(load * sa->load_sum, divider);
    sa->runnable_avg = div_u64(sa->runnable_sum, divider);
    WRITE_ONCE(sa->util_avg, sa->util_sum / divider);
}

static inline u32 get_pelt_divider(struct sched_avg *avg) {
    /* 计算公式为：LOAD_AVG_MAX*y + sa->period_contrib,
     * LOAD_AVG_MAX就是1024(1 + y + y^2 + ... + y^n)当n趋近无穷时的值
     * 再将其乘以y就是再衰减一次，因为我们还需要加上sa->period_contrib
     * */
    return LOAD_AVG_MAX - 1024 + avg->period_contrib;
}

平均负载的计算公式为： load_avg = weight * decay(runnable time) / decay(total time), 其中 decay(runnable time) 就是负载总和，而 decay(total time) 是按照计算负载总和的相同算法计算出来的所有时间的总和，其结果就是函数 get_pelt_divider 的返回值，上一节我们已经详细讨论过了如何求级数之和，这里不再详述。

通过该算法我们知道，平均负载是任务的权重与运行时间的综合考量，如果一个任务一直运行，那么其平均负载就会越来越趋近于它的权重。