本文主要是介绍Linux内存管理（七十二）：Linux PSI 原理更新(v5.15)，希望对大家解决编程问题提供一定的参考价值，需要的开发者们随着小编来一起学习吧！
源码基于：Linux 5.15
约定：
- 芯片架构：ARM64
- 内存架构：UMA
- CONFIG_ARM64_VA_BITS：39
- CONFIG_ARM64_PAGE_SHIFT：12
- CONFIG_PGTABLE_LEVELS ：3
0. 前言
本文是在之前《PSI 详解 v5.4》一文基础上，整理一下PSI 原理中的细节，包含 cgroup v2 关于PSI 的原理和使用。
参考：
PSI 详解 v5.4
PSI 指标
PSI 功能依赖 CONFIG_PSI，当该 config 没有使能，psi.c 是不会被编译到 image的。
1. PSI 中涉及的重要属性
本节主要梳理 PSI 中一些重要的变量、属性值，笔者习惯把重要的属性总结到最前文，阅读PSI 原理可以暂跳过此节。
1.1 psi_enable
kernel/sched/psi.c#ifdef CONFIG_PSI_DEFAULT_DISABLED
static bool psi_enable;
#else
static bool psi_enable = true;
#endif静态全局变量 psi_enable 受限于 CONFIG_PSI_DEFAULT_DISABLED，默认该 config 不会使能，即 psi_enable 为 true。
另外，可以通过 cmdline 中属性 "psi=" 修改该值：
kernel/sched/psi.cstatic int __init setup_psi(char *str)
{return kstrtobool(str, &psi_enable) == 0;
}
__setup("psi=", setup_psi);当 psi_enable 为false 时，PSI 全局控制变量 psi_disabled (static key) 会被置成 true：
kernel/sched/psi.cvoid __init psi_init(void)
{if (!psi_enable) {static_branch_enable(&psi_disabled);return;}...
}1.2 psi_period
kernel/sched/psi.c/* Sampling frequency in nanoseconds */
static u64 psi_period __read_mostly;1.3 psi_cgroups_enabled
kernel/sched/psi.cDEFINE_STATIC_KEY_TRUE(psi_cgroups_enabled);该变量主要确认 cgroup 中是否启动了 PSI 功能，默认值为 true。
cgroup 模块通过在 cmdline 中设定 "cgroup_disable=" 属性来禁用功能，例如：
- 设定 "cgroup_disable=cpuset" 来禁用 cpuset；
- 设定 "cgroup_disable=pressure" 来禁用 PSI；
在 PSI 初始化 psi_init() 函数调用时，会确定 cgroup 模块是否禁用了 pressure，如果 cgroup 中禁用了 PSI，则 psi_cgroups_enabled 的值会被置为 false。
另外，与 Linux6.6 不同之处是，该变量在 Linux6.6 中定义时加上了 static：
static DEFINE_STATIC_KEY_TRUE(psi_cgroups_enabled);1.4 psi_system
正常情况下，PSI 中通过 struct psi_group 结构体管理 PSI 中所有状态、数据、work 等信息。
psi_system 是 struct psi_group 结构体变量，用以管理系统 PSI 状态、数据、work 等信息。
kernel/sched/psi.cstatic DEFINE_PER_CPU(struct psi_group_cpu, system_group_pcpu);
struct psi_group psi_system = {.pcpu = &system_group_pcpu,
};但，在 cgroup 中也可以实现PSI 局部管理，通过对 cpu.pressure、memory.pressure、io.pressure 等文件 write 操作注册 psi_trigger，实现对特定 cgroup 的资源瓶颈状态的监听和跟踪。
1.4 struct psi_group
include/linux/psi_types.hstruct psi_group {//avgs_work 数据同步锁struct mutex avgs_lock;/* Per-cpu task state & time tracking */struct psi_group_cpu __percpu *pcpu;/* Running pressure averages */u64 avg_total[NR_PSI_STATES - 1];//avgs_work的时间点u64 avg_last_update;u64 avg_next_update;//带有定时器的avgs_workstruct delayed_work avgs_work;/* Total stall times and sampled pressure averages */u64 total[NR_PSI_AGGREGATORS][NR_PSI_STATES - 1];unsigned long avg[NR_PSI_STATES - 1][3];//psimon 线程struct task_struct __rcu *poll_task;struct timer_list poll_timer;wait_queue_head_t poll_wait;atomic_t poll_wakeup;/* Protects data used by the monitor */struct mutex trigger_lock;//所有psi_trigger都存在链表中struct list_head triggers;//每个psi_states类型的psi_trigger 数量u32 nr_triggers[NR_PSI_STATES - 1];//统计poll_work 需要处理哪些psi_states类型的 triggeru32 poll_states;//记录poll_work 最小的周期u64 poll_min_period;/* Total stall times at the start of monitor activation */u64 polling_total[NR_PSI_STATES - 1];u64 polling_next_update;u64 polling_until;
};2. PSI module 初始化
在module init 时调用 psi_proc_init() 进行 PSI 的初始化，创建了proc 虚拟文件目录 pressure，并在其下面创建了三个子文件：pressure/io、pressure/memory、pressure/cpu。
与 Linux5.4 版本不同之处是，这些节点的创建是在 psi_enable 为true 条件下：
kernel/sched/psi.cstatic int __init psi_proc_init(void)
{if (psi_enable) {proc_mkdir("pressure", NULL);proc_create("pressure/io", 0, NULL, &psi_io_proc_ops);proc_create("pressure/memory", 0, NULL, &psi_memory_proc_ops);proc_create("pressure/cpu", 0, NULL, &psi_cpu_proc_ops);}return 0;
}
module_init(psi_proc_init);更多关于 psi_enable 变量信息可以查看上文第 1.1 节。
3. PSI 初始化 psi_init()
start_kernel()---->sched_init()---->psi_init()与 Linux5.4 不同之处是，这里开始多了 cgroup 的控制，主要是通过控制变量 psi_cgroups_enabled (static key)，默认为true。
void __init psi_init(void)
{if (!psi_enable) {static_branch_enable(&psi_disabled);return;}if (!cgroup_psi_enabled())static_branch_disable(&psi_cgroups_enabled);psi_period = jiffies_to_nsecs(PSI_FREQ);group_init(&psi_system);
}与 Linux6.6 不同之处是，当 psi_enable 为false 时，也会将 psi_cgroups_enabled 置为 false。
更多关于 psi_cgroups_enabled、psi_period、psi_system 可以查看上文第 1.2 节。
3.1 group_init()
kernel/sched/psi.cstatic void group_init(struct psi_group *group)
{int cpu;for_each_possible_cpu(cpu)seqcount_init(&per_cpu_ptr(group->pcpu, cpu)->seq);//初始化avgs_work 的两个时间点group->avg_last_update = sched_clock();group->avg_next_update = group->avg_last_update + psi_period;//初始化带定时器的work，并指定处理函数为psi_avgs_work()INIT_DELAYED_WORK(&group->avgs_work, psi_avgs_work);//初始化avgs_work 数据同步的 avgs_lockkmutex_init(&group->avgs_lock);/* Init trigger-related members */atomic_set(&group->poll_wakeup, 0);mutex_init(&group->trigger_lock);//初始化psi_trigger listINIT_LIST_HEAD(&group->triggers);//初始化每个psi_states类型的psi_trigger 数量memset(group->nr_triggers, 0, sizeof(group->nr_triggers));//初始化poll_work 需要处理哪些psi_states类型的 triggergroup->poll_states = 0;//初始化poll_work 的时间间隔，对于psi_system 这个group只记录最小值group->poll_min_period = U32_MAX;memset(group->polling_total, 0, sizeof(group->polling_total));//初始化下一次poll_work触发的时间group->polling_next_update = ULLONG_MAX;group->polling_until = 0;//初始化poll_work的等待队列init_waitqueue_head(&group->poll_wait);timer_setup(&group->poll_timer, poll_timer_fn, 0);rcu_assign_pointer(group->poll_task, NULL);
}4. psi_trigger_create()
该函数用以创建 psi_trigger，系统中两个地方会触发：
- 写 /proc/pressure/* 文件
- 写 /sys/fs/cgroup/*.pressure 文件
创建好的 psi_trigger 都会被存在对应的 psi_group 中，或是系统的 psi_system，或是 cgroup 中的psi_group。
另外，在第一次创建 psi_trigger 的时候会创建 task "psimon"，与 Linux5.4 不同之处是，这里用 kthread_create() 直接创建 task_struct，而不再是 kthread_worker。
kernel/sched/psi.cstruct psi_trigger *psi_trigger_create(struct psi_group *group,char *buf, size_t nbytes, enum psi_res res)
{struct psi_trigger *t;enum psi_states state;u32 threshold_us;u32 window_us;if (static_branch_likely(&psi_disabled)) //psi 是否enablereturn ERR_PTR(-EOPNOTSUPP);if (sscanf(buf, "some %u %u", &threshold_us, &window_us) == 2) //解析是否为写 some 数据state = PSI_IO_SOME + res * 2;else if (sscanf(buf, "full %u %u", &threshold_us, &window_us) == 2) //解析是否为写 full 数据state = PSI_IO_FULL + res * 2;elsereturn ERR_PTR(-EINVAL); //其他数据都认为无效if (state >= PSI_NONIDLE) //pis_states 不能超过PSI_NONIDLEreturn ERR_PTR(-EINVAL);if (window_us < WINDOW_MIN_US || //窗口时长设置在500ms 至 10swindow_us > WINDOW_MAX_US)return ERR_PTR(-EINVAL);/* Check threshold */if (threshold_us == 0 || threshold_us > window_us) //检测阈值不能为0，也不能大于窗口时长return ERR_PTR(-EINVAL);t = kmalloc(sizeof(*t), GFP_KERNEL); //创建一个psi_triggerif (!t)return ERR_PTR(-ENOMEM);t->group = group; //记录psi_trigger的 groupt->state = state; //记录psi_trigger的 psi_statest->threshold = threshold_us * NSEC_PER_USEC; //记录psi_trigger的检测时间，us 单位t->win.size = window_us * NSEC_PER_USEC; //记录psi_trigger的窗口时长，us 单位window_reset(&t->win, 0, 0, 0);t->event = 0;t->last_event_time = 0;init_waitqueue_head(&t->event_wait);mutex_lock(&group->trigger_lock);if (!rcu_access_pointer(group->poll_kworker)) { //psi 系统相当关键的地方，创建psimon 工作线程struct task_struct *task;task = kthread_create(psi_poll_worker, group, "psimon");if (IS_ERR(task)) {kfree(t);mutex_unlock(&group->trigger_lock);return ERR_CAST(task);}atomic_clear_bit(POLL_WAKEUP, &group->poll_wakeup);wake_up_process(task);rcu_assign_pointer(group->poll_task, task); //存放task到poll_task中}list_add(&t->node, &group->triggers); //将新建的psi_trigger 存入group 中group->poll_min_period = min(group->poll_min_period,div_u64(t->win.size, UPDATES_PER_WINDOW)); //确认最新的poll 周期group->nr_triggers[t->state]++; //计数当前psi 资源psi_trigger数量group->poll_states |= (1 << t->state); //更新group 中资源状态mutex_unlock(&group->trigger_lock);return t;
}
4.1 psi_poll_worker()
该函数是 psimon 线程的执行函数，在 group->poll_wakup 被置为 POLL_WAKUP 或 线程停止时被唤醒，如果是 POLL_WAKEUP 唤醒则调用核心处理函数 psi_poll_work()：
kernel/sched/psi.cstatic int psi_poll_worker(void *data)
{struct psi_group *group = (struct psi_group *)data;//设置psimon 的优先级sched_set_fifo_low(current);//等待唤醒，并执行psi_poll_work()while (true) {wait_event_interruptible(group->poll_wait,atomic_fetch_and_clear_bit(POLL_WAKEUP, &group->poll_wakeup) ||kthread_should_stop());if (kthread_should_stop())break;//psi poll 的核心处理函数psi_poll_work(group);}return 0;
}这篇关于Linux内存管理（七十二）：Linux PSI 原理更新(v5.15)的文章就介绍到这儿，希望我们推荐的文章对编程师们有所帮助！
