Lưu ý
Mục đích của file này là để độc giả tiếng Việt có thể đọc và hiểu tài liệu nhân kernel dễ dàng hơn, không phải để tạo ra một nhánh tài liệu riêng. Nếu bạn có bất kỳ nhận xét hoặc cập nhật nào cho file này, vui lòng thử cập nhật file tiếng Anh gốc trước. Nếu bạn thấy có sự khác biệt giữa bản dịch và bản gốc, hoặc có vấn đề về bản dịch, vui lòng gửi góp ý hoặc patch cho người dịch của file này, hoặc nhờ người bảo trì và người review tài liệu tiếng Việt giúp đỡ.
- Bản gốc:
- Người dịch:
Google Translate (machine translation)
- Phiên bản gốc:
8541d8f725c6
Cảnh báo
Tài liệu này được dịch tự động bằng máy và chưa được review bởi người dịch. Nội dung có thể không chính xác hoặc khó hiểu ở một số chỗ. Khi có sự khác biệt với bản gốc, bản gốc luôn là chuẩn. Bản dịch chất lượng cao (được review) được đặt trong thư mục vi_VN/.
Trình điều khiển Powerclamp Intel¶
- Bởi:
Arjan van de Ven <arjan@linux.intel.com>
Jacob Pan <jacob.jun.pan@linux.intel.com>
INTRODUCTION¶
Hãy xem xét tình huống mà mức tiêu thụ điện năng của hệ thống phải giảm trong thời gian chạy, do nguồn điện, hạn chế về nhiệt hoặc tiếng ồn mức độ và nơi làm mát tích cực không được ưu tiên. Phần mềm được quản lý việc giảm công suất thụ động phải được thực hiện để ngăn phần cứng hành động được thiết kế cho các tình huống thảm khốc.
Hiện tại, trạng thái P, trạng thái T (điều chế đồng hồ) và ngoại tuyến CPU được sử dụng để điều chỉnh CPU.
Trên CPU Intel, trạng thái C giúp giảm điện năng hiệu quả, nhưng cho đến nay chúng chỉ được sử dụng một cách cơ hội, dựa trên khối lượng công việc. Với phát triển trình điều khiển intel_powerclamp, phương pháp đồng bộ hóa tính năng tiêm nhàn rỗi trên tất cả các luồng CPU trực tuyến đã được giới thiệu. mục tiêu là đạt được tình trạng cư trú ở trạng thái C bắt buộc và có thể kiểm soát.
Kiểm tra/Phân tích đã được thực hiện trong các lĩnh vực sức mạnh, hiệu suất, khả năng mở rộng và trải nghiệm người dùng. Trong nhiều trường hợp, lợi thế rõ ràng là hiển thị về việc đưa CPU ngoại tuyến hoặc điều chỉnh đồng hồ CPU.
THEORY CỦA OPERATION¶
Tiêm nhàn rỗi¶
Trên bộ xử lý Intel hiện đại (Nehalem trở lên), trạng thái C cấp gói cư trú có sẵn trong MSR, do đó cũng có sẵn cho kernel.
Các MSR này là:
#define MSR_PKG_C2_RESIDENCY 0x60D
#define MSR_PKG_C3_RESIDENCY 0x3F8 #define MSR_PKG_C6_RESIDENCY 0x3F9 #define MSR_PKG_C7_RESIDENCY 0x3FA
Nếu hạt nhân cũng có thể đưa thời gian nhàn rỗi vào hệ thống thì hệ thống điều khiển vòng kín có thể được thiết lập để quản lý gói trạng thái cấp C. Trình điều khiển intel_powerclamp được hình thành như một hệ thống điều khiển, trong đó điểm đặt mục tiêu là điểm không hoạt động do người dùng chọn tỷ lệ (dựa trên mức giảm công suất) và lỗi là sự khác biệt giữa tỷ lệ cư trú ở trạng thái C cấp gói thực tế và tỷ lệ không hoạt động mục tiêu tỷ lệ.
Việc tiêm được điều khiển bởi các luồng nhân có mức độ ưu tiên cao, được sinh ra cho mỗi CPU trực tuyến.
Các luồng nhân này, với lớp SCHED_FIFO, được tạo để thực hiện hành động kẹp của tỷ lệ nhiệm vụ được kiểm soát và thời gian. Mỗi mỗi CPU luồng đồng bộ hóa thời gian và khoảng thời gian nhàn rỗi của nó, dựa trên việc làm tròn nhanh chóng, do đó có thể ngăn ngừa được các lỗi tích lũy để tránh tình trạng bồn chồn hiệu ứng. Các luồng cũng được liên kết với CPU sao cho chúng không thể bị đã di chuyển, trừ khi CPU được đưa ngoại tuyến. Trong trường hợp này, chủ đề thuộc về CPU ngoại tuyến sẽ bị chấm dứt ngay lập tức.
Chạy dưới dạng SCHED_FIFO và có mức độ ưu tiên tương đối cao, cũng cho phép như vậy lược đồ để làm việc cho cả hạt nhân được ưu tiên và không được ưu tiên. Căn chỉnh thời gian nhàn rỗi trong nháy mắt đảm bảo khả năng mở rộng cho HZ các giá trị. Hiệu ứng này có thể được hình dung rõ hơn bằng cách sử dụng biểu đồ thời gian Perf. Sơ đồ sau đây cho thấy hoạt động của luồng kernel kidle_inject/cpu. Trong khi chạy không tải, nó chạy màn hình/mwait không hoạt động trong một “thời lượng” nhất định, sau đó giao CPU cho các nhiệm vụ khác, cho đến khoảng thời gian tiếp theo.
Đánh dấu lịch trình NOHZ bị vô hiệu hóa trong thời gian nhàn rỗi, nhưng làm gián đoạn không bị che đậy. Các thử nghiệm cho thấy số lần đánh thức thêm từ bộ lập lịch đánh dấu có tác động đáng kể đến hiệu quả của bộ điều khiển powerclamp trên các hệ thống quy mô lớn (hệ thống Westmere với 80 bộ xử lý).
- CPU0
____________ ____________
- kidle_inject/0 ZZ0000ZZ chờ đợi ZZ0001ZZ
- _________ZZ0002ZZ________ZZ0003ZZ_______
thời lượng
- CPU1
____________ ____________
- kidle_inject/1 ZZ0004ZZ chờ đợi ZZ0005ZZ
- _________ZZ0006ZZ________ZZ0007ZZ_______
làm tròn (nháy mắt, khoảng thời gian)
Chỉ một CPU được phép thu thập số liệu thống kê và cập nhật toàn cầu các thông số điều khiển. CPU này được gọi là CPU điều khiển trong tài liệu này. CPU điều khiển được chọn trong thời gian chạy, với chính sách ủng hộ BSP, có tính đến khả năng có CPU phích cắm nóng.
Xét về mặt động lực học của hệ thống điều khiển không tải, mức độ không tải của gói thời gian được coi phần lớn là một hệ thống phi nhân quả trong đó hành vi của nó không thể dựa trên đầu vào quá khứ hoặc hiện tại. Vì vậy, Trình điều khiển intel_powerclamp cố gắng thực thi thời gian rảnh mong muốn ngay lập tức như đầu vào nhất định (tỷ lệ nhàn rỗi mục tiêu). Sau khi tiêm, powerclamp giám sát thời gian không hoạt động thực tế trong một khoảng thời gian nhất định và điều chỉnh lần tiêm tiếp theo cho phù hợp để tránh điều chỉnh quá mức/thiếu.
Khi được sử dụng trong hệ thống kiểm soát nhân quả, chẳng hạn như kiểm soát nhiệt độ, người sử dụng trình điều khiển này có quyền triển khai các thuật toán trong đó các mẫu và kết quả đầu ra trong quá khứ được đưa vào phản hồi. Ví dụ, một Bộ điều khiển nhiệt dựa trên PID có thể sử dụng trình điều khiển powerclamp để duy trì nhiệt độ mục tiêu mong muốn, dựa trên cơ sở tích hợp và lợi nhuận phái sinh của các mẫu trong quá khứ.
Sự định cỡ¶
Trong quá trình kiểm tra khả năng mở rộng, có thể thấy rằng các hành động được đồng bộ hóa giữa các CPU trở nên khó khăn khi số lượng lõi tăng lên. Đây là cũng đúng đối với khả năng hệ thống đi vào trạng thái C cấp gói.
Để đảm bảo trình điều khiển intel_powerclamp có quy mô tốt, hãy trực tuyến hiệu chuẩn được thực hiện. Mục tiêu của việc hiệu chỉnh như vậy là:
xác định phạm vi hiệu quả của tỷ lệ phun không tải
xác định mức bồi thường cần thiết ở mỗi tỷ lệ mục tiêu
Mức đền bù cho mỗi tỷ lệ mục tiêu bao gồm hai phần:
bù lỗi trạng thái ổn định
- Điều này nhằm bù đắp lỗi xảy ra khi hệ thống có thể
vào chế độ chờ mà không cần đánh thức thêm (chẳng hạn như các ngắt bên ngoài).
bù lỗi động
- Khi xảy ra quá nhiều lần đánh thức trong lúc không hoạt động,
tỷ lệ nhàn rỗi bổ sung có thể được thêm vào các ngắt yên tĩnh, bằng cách làm chậm hoạt động của CPU.
Tệp debugfs được cung cấp để người dùng kiểm tra mức bồi thường tiến độ và kết quả, chẳng hạn như trên hệ thống Westmere:
[jacob@nex01 ~]$ con mèo
/sys/kernel/debug/intel_powerclamp/powerclamp_calib CPU điều khiển: 0 niềm tin pct năng động ổn định (bù đắp) 0 0 0 0 1 1 0 0 2 1 1 0 3 3 1 0 4 3 1 0 5 3 1 0 6 3 1 0 7 3 1 0 8 3 1 0 ...
- 30 3 2 0
31 3 2 0 32 3 1 0 33 3 2 0 34 3 1 0 35 3 2 0 36 3 1 0 37 3 2 0 38 3 1 0 39 3 2 0 40 3 3 0 41 3 1 0 42 3 2 0 43 3 1 0 44 3 1 0 45 3 2 0 46 3 3 0 47 3 0 0 48 3 2 0 49 3 3 0
Hiệu chuẩn xảy ra trong thời gian chạy. Không có phương pháp ngoại tuyến có sẵn. Việc bù trạng thái ổn định chỉ được sử dụng khi mức độ tin cậy của tất cả các tỷ số liền kề đã đạt mức thỏa đáng. Mức độ tin cậy được tích lũy dựa trên dữ liệu sạch được thu thập trong thời gian chạy. dữ liệu được thu thập trong khoảng thời gian không bị gián đoạn thêm được coi là sạch sẽ.
Để bù đắp cho lượng thời gian thức dậy quá nhiều khi không hoạt động, hãy bổ sung thời gian nhàn rỗi được đưa vào khi phát hiện tình trạng như vậy. Hiện tại, chúng tôi có một thuật toán đơn giản để tăng gấp đôi tỷ lệ tiêm. Một khả năng cải tiến có thể là điều tiết IRQ vi phạm, chẳng hạn như trì hoãn EOI cho các ngắt kích hoạt theo mức. Nhưng đó là một thách thức để trở thành không xâm phạm vào bộ lập lịch hoặc mã lõi IRQ.
CPU Trực tuyến/Ngoại tuyến¶
Các luồng nhân Per-CPU được khởi động/dừng khi nhận thông báo về các hoạt động cắm nóng CPU. Trình điều khiển intel_powerclamp theo dõi việc kẹp các luồng nhân, ngay cả sau khi chúng được di chuyển sang các CPU khác sau sự kiện ngoại tuyến CPU.
Phân tích hiệu suất¶
Phần này mô tả dữ liệu hiệu suất chung được thu thập trên nhiều hệ thống, bao gồm Westmere (80P) và Ivy Bridge (4P, 8P).
Hiệu quả và hạn chế¶
Phạm vi tối đa cho phép tiêm không tải được giới hạn ở mức 50 phần trăm. Như đã đề cập trước đó, vì các ngắt được cho phép trong quá trình buộc phải có thời gian nhàn rỗi, sự gián đoạn quá mức có thể dẫn đến ít hiệu quả. Trường hợp cực đoan sẽ thực hiện ping -f để tạo mạng bị ngập bị gián đoạn mà không có nhiều xác nhận CPU. Trong này trong trường hợp đó, có thể thực hiện được rất ít việc từ các luồng tiêm nhàn rỗi. Trong hầu hết trường hợp bình thường, chẳng hạn như scp một tập tin lớn, các ứng dụng có thể được điều chỉnh bởi trình điều khiển powerclamp, vì việc làm chậm CPU cũng làm chậm xử lý giao thức mạng, từ đó làm giảm các ngắt.
Khi các tham số điều khiển thay đổi trong thời gian chạy bởi CPU điều khiển, nó có thể mất thêm một khoảng thời gian để các CPU còn lại bắt kịp với những thay đổi. Trong thời gian này, quá trình chèn không tải không đồng bộ, do đó không thể vào trạng thái gói C- ở tỷ lệ mong đợi. Nhưng hiệu ứng này là nhỏ, trong hầu hết các trường hợp thay đổi theo mục tiêu tỷ lệ được cập nhật ít thường xuyên hơn nhiều so với việc tiêm nhàn rỗi tần số.
Khả năng mở rộng¶
Các thử nghiệm cũng cho thấy sự khác biệt nhỏ nhưng có thể đo lường được giữa 4P/8P. Hệ thống Ivy Bridge và máy chủ Westmere 80P có tỷ lệ nhàn rỗi dưới 50%. Cần phải bồi thường nhiều hơn cho Westmere với cùng số tiền tỷ lệ nhàn rỗi mục tiêu. Mức bồi thường cũng tăng theo tỷ lệ không tải trở nên lớn hơn. Lý do trên cho thấy sự cần thiết của mã hiệu chuẩn.
Trên hệ thống IVB 8P, so với CPU ngoại tuyến, powerclamp có thể đạt được hiệu suất tốt hơn tới 40% trên mỗi watt. (được đo bằng vòng quay bộ đếm được tổng hợp trên mỗi luồng đếm CPU được sinh ra cho tất cả các lần chạy CPU).
Cách sử dụng và giao diện¶
Trình điều khiển powerclamp được đăng ký vào lớp nhiệt chung dưới dạng thiết bị làm mát. Hiện tại, nó không bị ràng buộc với bất kỳ vùng nhiệt nào:
- jacob@chromoly:/sys/class/thermal/cooling_device14$ grep . *
cur_state:0 trạng thái tối đa:50 loại: intel_powerclamp
cur_state cho phép người dùng đặt tỷ lệ phần trăm nhàn rỗi mong muốn. Viết 0 vào cur_state sẽ dừng việc tiêm không tải. Viết một giá trị từ 1 đến max_state sẽ bắt đầu quá trình tiêm không tải. Đọc cur_state trả về tỷ lệ phần trăm nhàn rỗi thực tế và hiện tại. Giá trị này có thể không giống nhau do người dùng đặt trong tỷ lệ phần trăm nhàn rỗi hiện tại tùy thuộc vào khối lượng công việc và bao gồm nhàn rỗi tự nhiên. Khi tính năng chèn không tải bị vô hiệu hóa, việc đọc cur_state trả về giá trị -1 thay vì 0 để tránh nhầm lẫn Trạng thái bận 100% với trạng thái bị vô hiệu hóa.
Cách sử dụng ví dụ:
Để thêm 25% thời gian nhàn rỗi:
$ sudo sh -c “echo 25 > /sys/class/thermal/cooling_device80/cur_state
Nếu hệ thống không bận và đã có hơn 25% thời gian rảnh, thì trình điều khiển powerclamp sẽ không bắt đầu chạy không tải. Sử dụng hàng đầu sẽ không hiển thị các luồng hạt nhân tiêm nhàn rỗi.
Nếu hệ thống đang bận (kiểm tra vòng quay bên dưới) và có ít hơn 25% tự nhiên trong thời gian nhàn rỗi, các luồng hạt nhân powerclamp sẽ thực hiện thao tác chèn không tải. Bị ép buộc thời gian nhàn rỗi được tính là nhàn rỗi bình thường trong đường dẫn mã chung đó là được coi là nhiệm vụ nhàn rỗi.
Trong ví dụ này, 24,1% không hoạt động được hiển thị. Điều này giúp người quản trị hệ thống hoặc người dùng xác định nguyên nhân gây chậm khi trình điều khiển powerclamp đang hoạt động:
- Nhiệm vụ: Tổng cộng 197, 1 chạy, 196 ngủ, 0 dừng, 0 zombie
(Các) CPU: 71,2%us, 4,7%sy, 0,0%ni, 24,1%id, 0,0%wa, 0,0%hi, 0,0%si, 0,0%st Mem: tổng cộng 3943228k, 1689632k đã sử dụng, 2253596k miễn phí, bộ đệm 74960k Hoán đổi: tổng cộng 4087804k, 0k được sử dụng, 4087804k miễn phí, 945336k được lưu trong bộ nhớ đệm
- PID USER PR NI VIRT RES SHR S %CPU %MEM TIME+ COMMAND
3352 jacob 20 0 262m 644 428 S 286 0,0 0:17,16 quay 3341 gốc -51 0 0 0 0 D 25 0.0 0:01.62 kidle_inject/0 3344 gốc -51 0 0 0 0 D 25 0.0 0:01.60 kidle_inject/3 3342 gốc -51 0 0 0 0 D 25 0.0 0:01.61 kidle_inject/1 3343 gốc -51 0 0 0 0 D 25 0.0 0:01.60 kidle_inject/2 2935 jacob 20 0 696m 125m 35m S 5 3.3 0:31.11 firefox 1546 gốc 20 0 158m 20m 6640 S 3 0,5 0:26,97 Xorg 2100 jacob 20 0 1223m 88m 30m S 3 2.3 0:23.68 tính
Các thử nghiệm đã chỉ ra rằng bằng cách sử dụng bộ điều khiển kẹp nguồn làm bộ phận làm mát thiết bị, bộ điều khiển nhiệt không gian người dùng dựa trên PID có thể quản lý kiểm soát nhiệt độ CPU một cách hiệu quả khi không có ảnh hưởng nhiệt khác được thêm vào. Ví dụ: người dùng UltraBook có thể biên dịch kernel theo nhiệt độ nhất định (dưới hầu hết các điểm ngắt hoạt động).
Thông số mô-đun¶
- ZZ0000ZZ (RW)
Một mặt nạ bit của CPU để thêm vào khi không hoạt động. Định dạng của mặt nạ bit giống như được sử dụng trong các hệ thống con khác như trong /proc/irq/*/smp_affinity. Mặt nạ là các nhóm 32 bit được phân tách bằng dấu phẩy. Mỗi CPU là một bit. Ví dụ cho 256 Hệ thống CPU mặt nạ đầy đủ là: ffffffff,ffffffff,ffffffff,ffffffff,ffffffff,ffffffff,ffffffff,ffffffff
Mặt nạ ngoài cùng bên phải dành cho CPU 0-32.
- ZZ0000ZZ (RW)
Thời gian nhàn rỗi được đưa vào tối đa so với tổng tỷ lệ thời gian CPU tính bằng phạm vi phần trăm từ 1 đến 100. Ngay cả khi trạng thái tối đa của thiết bị làm mát luôn là 100 (100%), tham số này cho phép thêm giới hạn phần trăm nhàn rỗi tối đa. Mặc định là 50, để phù hợp với việc triển khai hiện tại của trình điều khiển powerclamp. Cũng không cho phép giá trị lớn hơn 75, nếu cpumask bao gồm mọi CPU có trong hệ thống.