Linux 调度器性能优化分析报告

原理：修正了某些 AMD Ryzen 世代处理器的 CPPC（Collaborative Power and Performance Control）最大性能值计算，确保调度器能够正确识别和使用处理器的最大性能能力。

场景：适用于搭载 AMD Ryzen 处理器的系统，特别是那些在调度器中未能正确识别处理器性能上限的系统。

效果：提高了 AMD Ryzen 系统的性能和能效，使调度器能够更准确地根据工作负载调整处理器性能，避免了性能被人为限制的问题。

补丁：3743d55b289c x86, sched: Fix the AMD CPPC maximum performance value on certain AMD Ryzen generations

原理：优化了空闲平衡算法，当检测到有任务唤醒待处理时，跳过 newidle_balance 操作，避免在任务即将被唤醒时进行不必要的负载平衡。

场景：适用于多处理器系统，特别是在任务频繁唤醒的场景下，如交互式应用、多线程服务器等。

效果：减少了不必要的调度开销，提高了系统响应速度，特别是在任务唤醒密集的场景下，能够更快地将唤醒的任务分配到合适的 CPU 上。

补丁：e5e678e4fea2 sched,fair: Skip newidle_balance if a wakeup is pending

原理：当 ARM64 系统的 CPU 不变性状态发生变化时，重新构建调度域以适应新的硬件特性，确保调度器能够正确感知系统的拓扑结构。

场景：适用于 ARM64 系统，特别是那些 CPU 特性可能动态变化的系统，如某些节能模式下的处理器。

效果：提高了 ARM64 系统的调度效率和性能，确保调度器能够根据最新的硬件状态做出最优的调度决策。

补丁：ecec9e86d1a3 arm64: Rebuild sched domains on invariance status changes

原理：改进了调度器对每 CPU 内核线程唤醒任务的检测逻辑，确保正确识别由内核线程唤醒的任务，避免调度决策错误。

场景：适用于有大量内核线程活动的系统，如 I/O 密集型应用、网络服务器等。

效果：提高了内核线程唤醒的准确性和性能，确保被内核线程唤醒的任务能够得到及时的调度处理，减少了调度延迟。

补丁：8b4e74ccb582 sched/fair: Fix detection of per-CPU kthreads waking a task

原理：重构了 schedstats 相关代码，使其不再依赖于公平调度类，为其他调度类使用 schedstats 提供了便利。

场景：适用于需要在不同调度类中使用统计功能的场景，特别是在开发新调度类或扩展现有调度类时。

效果：提高了代码的可维护性和扩展性，为调度器的进一步发展奠定了基础，同时也使得不同调度类能够更方便地利用统计功能进行性能分析。

补丁：60f2415e19d3 sched: Make schedstats helpers independent of fair sched class

原理：将 sched_statistics 结构从公平调度类中分离出来，使其可以被其他调度类使用，提高了代码的模块化程度。

场景：适用于多调度类共存的系统，特别是在需要统一统计接口的场景下。

效果：提高了代码的模块化程度，为调度器的扩展提供了更大的灵活性，使得不同调度类能够共享统计基础设施。

补丁：ceeadb83aea2 sched: Make struct sched_statistics independent of fair sched class

原理：解决了内存上下文 ID（mm_cid）管理中导致的性能问题，修复了由 mm_cid 引入的性能回归。

场景：适用于内存密集型工作负载，特别是在多进程、多线程环境下的内存操作。

效果：恢复了系统性能，特别是在内存密集型工作负载下，减少了内存上下文切换的开销，提高了系统的整体吞吐量。

补丁：223baf9d17f2 sched: Fix performance regression introduced by mm_cid

原理：交错 CFS（完全公平调度器）带宽定时器的执行，减少定时器开销，提高低系统负载下单线程应用的性能。

场景：适用于低系统负载下运行单线程应用的场景，如桌面环境、轻量级服务器等。

效果：提高了低系统负载下单线程应用的性能，减少了定时器对应用执行的干扰，使得单线程应用能够获得更连贯的 CPU 时间片。

补丁：41abdba93747 sched: Interleave cfs bandwidth timers for improved single thread performance at low utilization

原理：移除了 drm_sched_dependency_optimized，简化了 DRM（直接渲染管理器）调度器的依赖管理，提高了调度器的效率。

场景：适用于图形处理、视频渲染等需要 DRM 调度器的场景，特别是在高帧率、高分辨率的图形应用中。

效果：提高了 DRM 调度器的效率和可维护性，减少了调度开销，使得图形处理能够更流畅地进行。

补丁：2cf9886e2816 drm/scheduler: remove drm_sched_dependency_optimized

原理：重新设计了 schedutil CPU 频率调节器的性能估计算法，提高了 CPU 频率调节的准确性和效率。

场景：适用于所有使用 schedutil 调节器的系统，特别是在工作负载变化频繁的场景下。

效果：提高了 CPU 频率调节的准确性和效率，优化了能耗和性能之间的平衡，使得系统能够更快速地响应工作负载的变化。

补丁：9c0b4bb7f630 sched/cpufreq: Rework schedutil governor performance estimation

原理：修复了非不变性情况下的频率选择逻辑，确保调度器能够为不同类型的 CPU 选择合适的频率。

场景：适用于具有不同性能特性的 CPU 系统，特别是在异构 CPU 架构中。

效果：提高了非不变性情况下的频率选择准确性，确保系统能够根据实际工作负载和 CPU 特性选择最优的运行频率。

补丁：e37617c8e53a sched/fair: Fix frequency selection for non-invariant case

原理：在 switch_mm_cid() 中添加了缺失的内存屏障，确保内存上下文 ID 的更新能够被正确地同步到所有 CPU。

场景：适用于多处理器系统，特别是在频繁切换内存上下文的场景下。

效果：提高了 mm_cid 操作的可靠性，避免了因内存屏障缺失导致的潜在一致性问题，确保了系统的稳定性。

补丁：fe90f3967bdb sched: Add missing memory barrier in switch_mm_cid

原理：引入了全新的可扩展调度器框架，允许使用 BPF 程序定义自定义调度策略，无需修改内核即可实现调度器创新。

场景：适用于需要定制调度策略的场景，如特定工作负载优化、实时应用、高性能计算等。

效果：允许针对特定工作负载定制调度策略，提高性能；减少了内核修改的需要，通过 BPF 程序即可实现调度器创新；为调度器的发展提供了更大的灵活性。

补丁：f0e1a0643a59 sched_ext: Implement BPF extensible scheduler class

原理：优化了 RSEQ（Restartable Sequences）并发 ID 的分配和管理，提高了缓存局部性，减少了缓存 misses。

场景：适用于使用 RSEQ 的应用程序，特别是在间歇性工作负载下，如 web 服务器、数据库等。

效果：提高了使用 RSEQ 的应用程序性能，减少了缓存开销，使得并发操作能够更高效地执行。

补丁：7e019dcc470f sched: Improve cache locality of RSEQ concurrency IDs for intermittent workloads

原理：在 task_tick_mm_cid() 中禁用页面分配，避免了在调度器 tick 中进行可能导致阻塞的内存分配操作。

场景：适用于实时应用、低延迟场景，特别是对调度延迟敏感的应用。

效果：减少了调度延迟，提高了系统的响应速度，确保了调度器 tick 能够在有限的时间内完成，避免了因内存分配导致的调度延迟。

补丁：73ab05aa46b0 sched/core: Disable page allocation in task_tick_mm_cid()

原理：改进了 sched_ext 中默认空闲 CPU 选择的 WAKE_SYNC 行为，优化了唤醒同步时的 CPU 选择策略。

场景：适用于多线程应用，特别是在需要同步唤醒多个线程的场景下。

效果：减少了唤醒延迟，提高了多线程应用的性能，确保了唤醒的任务能够被分配到最合适的 CPU 上。

补丁：21b8964826c4 sched_ext: improve WAKE_SYNC behavior for default idle CPU selection

原理：清理和重构了 migrate_degrades_locality() 函数，简化了迁移局部性判断逻辑，提高了代码的可读性和可维护性。

场景：适用于需要频繁进行任务迁移的系统，特别是在 NUMA 架构中。

效果：间接提高了调度器的性能和可靠性，便于后续的性能优化，确保了任务迁移决策的准确性。

补丁：c3856c9ce6b8 sched/fair: Cleanup in migrate_degrades_locality() to improve readability

原理：优化了 topology_span_sane 函数的实现，减少了不必要的计算，提高了拓扑扫描的速度。

场景：适用于大型 NUMA 系统，特别是在需要频繁进行拓扑扫描的场景下。

效果：加快了调度器的拓扑感知速度，减少了调度决策的延迟，使得调度器能够更快速地适应系统拓扑结构的变化。

补丁：f55dac1dafb3 sched/topology: improve topology_span_sane speed

原理：移除了 mm_cid_get() 中未使用的代码，简化了代码结构，提高了可维护性。

场景：适用于所有使用 mm_cid 的系统，特别是在代码维护和审计时。

效果：提高了代码的可维护性，减少了代码复杂度，便于后续的性能优化和 bug 修复。

补丁：53abe3e1c154 sched: Remove never used code in mm_cid_get()

原理：进一步限制了调度器的抢占模式，确保抢占操作能够更加安全和可预测。

场景：适用于实时应用、低延迟场景，特别是对抢占行为敏感的应用。

效果：提高了系统的稳定性和可预测性，减少了因抢占导致的潜在问题，确保了关键任务的执行时间。

补丁：7dadeaa6e851 sched: Further restrict the preemption modes

原理：为 sched_ext 中的 dsq（dispatch queue）创建失败添加了错误日志，提高了调试能力。

场景：适用于使用 sched_ext 的系统，特别是在调试和故障排查时。

效果：提高了系统的可调试性，使得 sched_ext 的问题能够被更快速地识别和解决。

补丁：2f8d489897ae sched_ext: Add error logging for dsq creation failures

原理：为剩余调度器中的 dsq 创建失败添加了错误日志，提高了工具的调试能力。

场景：适用于使用 sched_ext 工具的系统，特别是在开发和测试新调度策略时。

效果：提高了工具的可调试性，使得 sched_ext 工具的问题能够被更快速地识别和解决。

补丁：bd4f0822f4ec tools/sched_ext: Add error logging for dsq creation failures in remaining schedulers