읽는 지도
scheduler는 runnable entity를 시간, priority, capacity, energy, isolation constraint에 매핑하는 정책 기계다. 한 함수가 맞는지만 보면 안 되고, enqueue/dequeue/update/pick/migrate 사이의 conservation law를 봐야 한다.
함수 이름보다 입력 객체와 출력 객체를 먼저 본다. 이 토픽에서 어떤 구조체가 생성, 연결, publish, retire되는지 표시한다.
정상 경로와 실패 경로를 같은 무게로 본다. kernel code의 품질은 성공 path보다 error unwind, hotplug, teardown에서 더 잘 드러난다.
왼쪽은 입력 또는 상위 계층이고, 오른쪽으로 갈수록 실제 상태 변경이 커진다. 문C식으로 읽을 때는 이 그림을 먼저 머리에 놓고 코드 조각을 끼워 넣는다.
원본 코드 좌표
Linux 6.18.37 LTS에서 열 파일
Linux 6.18.37 LTS: kernel/sched/core.c
Linux 6.18.37 LTS: kernel/time/tick-sched.c
Linux 6.18.37 LTS: kernel/sched/fair.c
설명: 첫 파일은 보통 진입 함수가 있는 곳이고, 나머지는 구조체 정의, architecture glue, callback 구현을 확인할 때 같이 연다. 파일을 여러 개 놓고 봐야 이 토픽의 boundary가 보인다.
대표 코드
void scheduler_tick
/*
* This function gets called by the timer code, with HZ frequency.
* We call it with interrupts disabled.
*/
void scheduler_tick(void)
{
int cpu = smp_processor_id();
struct rq *rq = cpu_rq(cpu);
struct task_struct *curr = rq->curr;
struct rq_flags rf;
unsigned long thermal_pressure;
u64 resched_latency;
if (housekeeping_cpu(cpu, HK_TYPE_TICK))
arch_scale_freq_tick();
sched_clock_tick();
rq_lock(rq, &rf);
update_rq_clock(rq);
thermal_pressure = arch_scale_thermal_pressure(cpu_of(rq));
update_thermal_load_avg(rq_clock_thermal(rq), rq, thermal_pressure);
curr->sched_class->task_tick(rq, curr, 0);
if (sched_feat(LATENCY_WARN))
resched_latency = cpu_resched_latency(rq);
calc_global_load_tick(rq);
sched_core_tick(rq);
task_tick_mm_cid(rq, curr);
rq_unlock(rq, &rf);
if (sched_feat(LATENCY_WARN) && resched_latency)
resched_latency_warn(cpu, resched_latency);
perf_event_task_tick();
if (curr->flags & PF_WQ_WORKER)
wq_worker_tick(curr);
읽는 법: 이 절편에서 먼저 볼 것은 return 값이 아니라 상태 변경이다. 어떤 lock을 잡은 뒤 어떤 필드를 바꾸는지, 실패하면 어느 label로 빠지는지, 그리고 바뀐 상태를 다음 호출자가 어떤 전제로 소비하는지 표시한다.
task_tick_fair
* NOTE: This function can be called remotely by the tick offload that
* goes along full dynticks. Therefore no local assumption can be made
* and everything must be accessed through the @rq and @curr passed in
* parameters.
*/
static void task_tick_fair(struct rq *rq, struct task_struct *curr, int queued)
{
struct cfs_rq *cfs_rq;
struct sched_entity *se = &curr->se;
for_each_sched_entity(se) {
cfs_rq = cfs_rq_of(se);
entity_tick(cfs_rq, se, queued);
}
if (static_branch_unlikely(&sched_numa_balancing))
task_tick_numa(rq, curr);
update_misfit_status(curr, rq);
update_overutilized_status(task_rq(curr));
task_tick_core(rq, curr);
}
/*
* called on fork with the child task as argument from the parent's context
* - child not yet on the tasklist
* - preemption disabled
*/
static void task_fork_fair(struct task_struct *p)
{
struct sched_entity *se = &p->se, *curr;
struct cfs_rq *cfs_rq;
struct rq *rq = this_rq();
struct rq_flags rf;
rq_lock(rq, &rf);
update_rq_clock(rq);
cfs_rq = task_cfs_rq(current);
읽는 법: 이 절편에서 먼저 볼 것은 return 값이 아니라 상태 변경이다. 어떤 lock을 잡은 뒤 어떤 필드를 바꾸는지, 실패하면 어느 label로 빠지는지, 그리고 바뀐 상태를 다음 호출자가 어떤 전제로 소비하는지 표시한다.
함수별 독해
주기적 timer interrupt를 통해 runtime accounting, preemption check, load balancing trigger를 연결한다.
이 섹션은 원본 코드 발췌를 함수 이름 단위로 끊어, 각 함수가 어떤 전제 조건을 만들고 다음 함수가 무엇을 소비하는지 추적한다.
각 노드는 독립 함수가 아니라 전제 조건을 생산하고 소비하는 연결점이다. 코드를 읽을 때는 노드 사이에서 어떤 필드가 바뀌는지 표시한다.
1. void scheduler_tick
void scheduler_tick 주변에서는 rq.clock_task를 중심으로 본다. 이 필드는 task runtime 기준 시간 역할을 하므로, 함수가 끝날 때 timer interrupt 상태가 실제로 성립했는지 확인해야 한다.
원본 코드에서 볼 순서는 입력 범위 검증, 중심 필드 갱신, 다른 계층에 보이는 publish 지점, 실패 시 되돌림 순서다. 이 네 칸이 맞아야 다음 함수가 tick handler 진입을 전제로 삼을 수 있다.
자주 틀리는 해석: tick이 항상 주기적으로 온다고 가정함
2. task_tick_fair
task_tick_fair 주변에서는 curr->se를 중심으로 본다. 이 필드는 현재 실행 entity 역할을 하므로, 함수가 끝날 때 accounting 상태가 실제로 성립했는지 확인해야 한다.
원본 코드에서 볼 순서는 입력 범위 검증, 중심 필드 갱신, 다른 계층에 보이는 publish 지점, 실패 시 되돌림 순서다. 이 네 칸이 맞아야 다음 함수가 update_curr/task_tick을 전제로 삼을 수 있다.
자주 틀리는 해석: NOHZ에서 accounting이 사라진다고 오해함
| 함수 | 입력 | 상태 변경 | 검증 질문 |
|---|---|---|---|
| void scheduler_tick | rq.clock_task, caller context, subsystem 전제 조건 | timer interrupt: tick handler 진입 | tick이 항상 주기적으로 온다고 가정함 문제를 코드상 어느 조건문 또는 error label에서 분리하는가 |
| task_tick_fair | curr->se, caller context, subsystem 전제 조건 | accounting: update_curr/task_tick | NOHZ에서 accounting이 사라진다고 오해함 문제를 코드상 어느 조건문 또는 error label에서 분리하는가 |
구조체 / 필드 해설
여기서는 “어떤 구조체가 있다”가 아니라 그 필드가 어느 단계에서 쓰기 가능하고 어느 단계부터 관찰 가능한지를 본다. 박사급 리뷰에서는 필드의 뜻보다 보호 규칙이 먼저다.
필드는 구조체 안에 흩어져 있지만, 실제 실행에서는 위 순서로 의미가 이어진다.
| 필드 | 읽는 법 | 확인 |
|---|---|---|
| rq.clock_task | task runtime 기준 시간 | 누가 쓰고, 누가 보호하고, 언제 lifetime이 끝나는지 원본 코드에서 확인 |
| curr->se | 현재 실행 entity | 누가 쓰고, 누가 보호하고, 언제 lifetime이 끝나는지 원본 코드에서 확인 |
| sched_tick | class별 tick callback | 누가 쓰고, 누가 보호하고, 언제 lifetime이 끝나는지 원본 코드에서 확인 |
| nohz flags | tickless 상태 | 누가 쓰고, 누가 보호하고, 언제 lifetime이 끝나는지 원본 코드에서 확인 |
상태 전이 그림
상태 전이를 따로 그리는 이유는 정상 path와 실패 path를 같은 표에서 보기 위해서다. 커널 regression은 흔히 마지막 상태가 아니라 중간 상태를 외부에 publish한 뒤 rollback하지 못해서 생긴다.
상태 전이는 단방향처럼 그렸지만, 실패 경로에서는 대부분 역순 rollback이 붙는다.
| 상태 | 의미 | 진입 조건 | 깨지는 지점 |
|---|---|---|---|
| timer interrupt | tick handler 진입 | 앞 단계 함수가 전제 조건을 만들고 error path가 정리된 뒤 | 다음 단계가 이 상태를 너무 일찍 소비하거나 늦게 정리할 때 |
| accounting | update_curr/task_tick | 앞 단계 함수가 전제 조건을 만들고 error path가 정리된 뒤 | 다음 단계가 이 상태를 너무 일찍 소비하거나 늦게 정리할 때 |
| preempt check | resched flag 가능 | 앞 단계 함수가 전제 조건을 만들고 error path가 정리된 뒤 | 다음 단계가 이 상태를 너무 일찍 소비하거나 늦게 정리할 때 |
| balance kick | load balancing 조건 갱신 | 앞 단계 함수가 전제 조건을 만들고 error path가 정리된 뒤 | 다음 단계가 이 상태를 너무 일찍 소비하거나 늦게 정리할 때 |
불변조건 / 실패 케이스
scheduler tick 의 중심 객체가 publish된 뒤에는 마지막 참조가 사라지기 전까지 teardown path가 모든 callback, timer, IRQ, worker와 경합하지 않아야 한다.
상태 필드를 바꾼 뒤 다른 CPU나 하위 계층이 관찰할 수 있다면 lock, barrier, refcount, RCU 중 어느 장치가 visibility를 보장하는지 확인한다.
중간 단계 실패는 성공 단계의 역순으로 되돌아가야 한다. goto label이 많은 코드는 label 이름보다 어느 resource가 이미 획득됐는지를 표로 적는다.
embedded bring-up에서는 panic보다 silence, timeout, deferred probe, interrupt flood처럼 간접 증상으로 드러나는 경우가 많다.
tick이 항상 주기적으로 온다고 가정함
NOHZ에서 accounting이 사라진다고 오해함
preempt flag 설정과 실제 switch를 같은 순간으로 봄
계측 / 검증
계측은 printk 위치 경쟁이 아니라 가설 검증이다. 먼저 위 상태표에서 멈춘 state를 정하고, 그 state를 바꾸는 함수와 그 결과를 소비하는 함수를 동시에 본다.
| 도구 | 보는 것 | 해석 |
|---|---|---|
| sched:sched_stat_runtime | scheduler tick 의 상태 전이가 어느 지점에서 멈추는지 확인 | 로그가 찍힌 위치를 완료 시점으로 단정하지 말고, 바로 앞뒤 필드 변경을 원본에서 확인 |
| timer:hrtimer_expire_entry | scheduler tick 의 상태 전이가 어느 지점에서 멈추는지 확인 | 로그가 찍힌 위치를 완료 시점으로 단정하지 말고, 바로 앞뒤 필드 변경을 원본에서 확인 |
| perf sched | scheduler tick 의 상태 전이가 어느 지점에서 멈추는지 확인 | 로그가 찍힌 위치를 완료 시점으로 단정하지 말고, 바로 앞뒤 필드 변경을 원본에서 확인 |
| trace_tick_stop | scheduler tick 의 상태 전이가 어느 지점에서 멈추는지 확인 | 로그가 찍힌 위치를 완료 시점으로 단정하지 말고, 바로 앞뒤 필드 변경을 원본에서 확인 |
# 예시: tracefs가 켜진 보드에서 토픽별 event를 좁혀 본다.
mount -t tracefs nodev /sys/kernel/tracing
echo function_graph > /sys/kernel/tracing/current_tracer
echo ':mod:*' > /sys/kernel/tracing/set_ftrace_filter
cat /sys/kernel/tracing/trace_pipe
연구 질문
- scheduler tick 의 state machine을 네 단계로 줄였을 때, 실제 코드에서 빠지는 intermediate state는 무엇인가?
- scheduler tick 의 fast path가 생략한 검사는 어느 init path 또는 slow path에서 보증되는가?
- 실험으로 확인한다면 'tick이 항상 주기적으로 온다고 가정함' 문제를 어떤 tracepoint와 counter로 분리할 수 있는가?
- 실험으로 확인한다면 'NOHZ에서 accounting이 사라진다고 오해함' 문제를 어떤 tracepoint와 counter로 분리할 수 있는가?