BPF:探索Linux动态调度的新时代(或许携手Rust!)

在一项圣诞黑客项目中,一位Canonical工程师开发了一个能够在用户空间运行的Linux调度器。

译自 BPF Opens a Door to Linux Dynamic Scheduling (Maybe with Rust!),作者 Joab Jackson 是 The New Stack 的高级编辑,负责云原生计算和系统运维的报道。他在过去 25 年里一直报道 IT 基础设施和开发,包括在 IDG 和 Government Computer News 的任职。在那之前,他...

在假期期间,Canonical Linux 内核工程师 Andrea Righi 在进行技术探索时,使用 Rust 编写了一个 Linux 调度器(还得到了 Berkeley Packet Filter 的一些帮助),在早期测试中超过了内核自带的调度器性能。

"我非常惊讶地发现它不仅仅能够工作,而且在某些工作负载下,甚至能够胜过默认的 Linux 调度器(EEVDF)," 他在 X 上写道

虽然只是一个原型,但它完成了它的任务,即 "展示在用户空间中实现可运行的调度器是可能的,甚至在特定条件下能够胜过默认的 Linux 调度器"。

一段附带的视频显示了一个简单的电脑游戏以每秒 25-30 帧的速度运行,同时机器上正在编译内核。切换到 Righi 的调度器后,游戏的帧率提高到了每秒约 60 帧,同时内核仍在编译中:

Linux 是否需要更多的调度器?

Linux 内核调度器负责将 CPU 时间片分配给应用程序,以确保每个应用程序都能公平获得时间片,通常通过完全公平调度器(CFS)算法实现。

尽管 Linux 的一刀切调度器可能需要更新,以适应当今复杂的分布式计算环境。

Righi 的 scx_rustlandsched_ext 的一种实现,sched_ext 是一个用于运行内核线程调度器的实验性 Linux 内核功能,可以使用 Berkeley Packet Filter(在内核中作为 eBPF 实现)创建和加载。它是由 Meta 和 Google 的一组工程师编写的,得到了内核社区其他成员的帮助,希望有一天能够被纳入核心 Linux 内核

“在有人尝试将 BPF 引入内核的 CPU 调度器之前,只是时间问题,”LWN.Net(以前是 Linux 每周新闻)主编 Jonathan Corbett 在技术引入后不久的二月评论道。

Corbett 解释说,基于 BPF 的调度器出于多种原因是有道理的:可以更容易地尝试新的调度方法。如今的系统比过去几十年复杂得多,因此需要更多面向特定领域和特定调度解决方案(例如面向游戏和网络的调度器)。这还可以为开发人员提供一种调整 CPU 以适应其应用程序的方法。

值得注意的是,并非 Linux 社区的每个人都支持动态调度的想法,包括 Linux 之父 Linus Torvalds 本人。Linux 调度器维护者 Peter Zijlstra 在 sched_ext 的首次发布时评论说:“我讨厌这一切”,并补充说 Torvalds 曾否决过先前对替代调度器的尝试,因为它们引入了复杂性。

AMDGoogle 也都提出了替代调度器的建议。

… 但 Rust 是否能比 C 在 Linux 上更快呢?

在过去的几年里,对于将内存安全的 Rust 编程语言用于关键任务的兴趣逐渐增加,例如构建操作系统内核,取代了 C、C++ 和其他可能不慎引入安全漏洞的低级语言。Torvalds 对在内核中使用 Rust 保持开放态度

因此,当 Linux 新闻网站 Phoronix 在一篇文章中报道了 Righi 的工作时,焦点放在了 Rust 的使用上,标题大喊大叫:“用 Rust 编写的 Linux 调度器在游戏性能上显示出色成果。

但这篇文章引发了一场不小的争论,不是关于调度器,而是关于在 C++ 之上使用 Rust 是否提供了任何固有优势。

“[调度器] 到底有什么不同之处,导致它表现出不同的性能?是因为它不完整,还是因为它真的更好?因为我无法相信 Rust 本身比 C 更好,” Theprimeagen 在 Twitch 上一则备受关注的评论视频中说道。“在 Rust 中可以做什么,在 C 中做不了呢?”

他指出,调度器都涉及权衡。显然,这个调度器经过了针对游戏性能的调整,以牺牲一些其他功能。

“所有这些新闻告诉我们的是,Rust 实现在这个领域可以与 C 实现相媲美,” pseudocomposer 在 Hacker News 的讨论中写道。“这则新闻为我们提供了更多选择,无论是 C 还是 Rust 的调度器,都意味着对 Linux 社区在各种工作负载下有更好的体验。”

在通过 LinkedIn 联系到时,Righi 回应说 Rust 在允许他启动这个项目时提供了很大的灵活性。

“我不能说 Rust 在性能上做出了太大的贡献,但它允许我在几周内编写了这个调度器,实现和重用了优雅的高级抽象,同时在需要时能够深入到低级细节。”

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