你好 eBPF:使用 eBPF 在 Java 中编写 Linux 调度器(15)

这是一篇关于在 Java 中使用 eBPF 编写高效 Linux 调度器的博客文章,主要内容如下:

  • 背景与动机:介绍了 eBPF 系列文章及相关资源,引出用 Java 和 eBPF 编写 Linux 调度器的主题。阐述了创建自定义调度器的原因,如探索新调度策略、快速迭代实现、在生产环境中快速部署调度策略等,并提到用 Java 编写调度器可解决测试并发 Java 程序时对线程执行顺序控制的问题。
  • 调度相关概念:解释了调度的基本概念,即多个进程在多个 CPU 核心上的动态分配,以实现进程的进展,并举例说明。还介绍了 Linux 内核中已有的多种调度器,如最早截止时间优先调度器等。
  • 调度器接口与基本思想:详细介绍了 sched-ext 的主要数据结构 sched_ext_ops 操作表,以及实现 Scheduler 接口方法的作用,包括初始化、退出、选择 CPU、入队、调度、运行、停止和启用等方法。同时阐述了大多数基本调度器的基本思想,即有本地和全局队列,调度器根据调度策略在队列之间移动函数。
  • FIFO 调度器实现:基于 scx_simple 实现了先进先出(FIFO)调度器,其策略是按任务到达顺序调度,时间片为 20ms,但存在不公平性,如一个任务只运行 1ms 然后睡眠,而另一个任务连续运行,前者平均调度次数与后者相同,导致后者在 CPU 上运行时间长 20 倍。
  • 加权调度器实现:为解决 FIFO 调度器的不公平性,实现了加权调度器,根据任务在 CPU 上的实际运行时间和优先级(权重)进行调度,优先级更高的任务更有可能被调度。还介绍了 sched_ext_entity 类型的 scx 字段的属性,这些属性对于实现调度策略很有价值。
  • 运行与比较调度器:构建代码后,可通过不同命令运行加权调度器和 FIFO 调度器,并输出相关信息。通过运行 Renaissance 基准测试套件,比较了默认 Linux 调度器、FIFO 调度器和加权调度器的性能,发现 FIFO 调度器在某些情况下运行最快,但系统响应性较差,说明每个调度器都有权衡。
  • 结论:展示了如何使用 eBPF 调度器扩展和修改后的 hello-ebpf 库实现两种不同的 Linux 调度器,打开了并发应用测试的可能性,展示了 eBPF 的多功能性,并推荐加入 sched-ext slack 和查看 scx 存储库中的调度器。文章还介绍了作者的工作背景和联系方式。
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