kernel/sched/pelt.c

   1 // SPDX-License-Identifier: GPL-2.0
   2 /*
   3  * Per Entity Load Tracking
   4  *
   5  *  Copyright (C) 2007 Red Hat, Inc., Ingo Molnar <mingo@redhat.com>
   6  *
   7  *  Interactivity improvements by Mike Galbraith
   8  *  (C) 2007 Mike Galbraith <efault@gmx.de>
   9  *
  10  *  Various enhancements by Dmitry Adamushko.
  11  *  (C) 2007 Dmitry Adamushko <dmitry.adamushko@gmail.com>
  12  *
  13  *  Group scheduling enhancements by Srivatsa Vaddagiri
  14  *  Copyright IBM Corporation, 2007
  15  *  Author: Srivatsa Vaddagiri <vatsa@linux.vnet.ibm.com>
  16  *
  17  *  Scaled math optimizations by Thomas Gleixner
  18  *  Copyright (C) 2007, Thomas Gleixner <tglx@linutronix.de>
  19  *
  20  *  Adaptive scheduling granularity, math enhancements by Peter Zijlstra
  21  *  Copyright (C) 2007 Red Hat, Inc., Peter Zijlstra
  22  *
  23  *  Move PELT related code from fair.c into this pelt.c file
  24  *  Author: Vincent Guittot <vincent.guittot@linaro.org>
  25  */
  26
  27 #include <linux/sched.h>
  28 #include "sched.h"
  29 #include "pelt.h"
  30
  31 /*
  32  * Approximate:
  33  *   val * y^n,    where y^32 ~= 0.5 (~1 scheduling period)
  34  */
  35 static u64 decay_load(u64 val, u64 n)
  36 {
  37         unsigned int local_n;
  38
  39         if (unlikely(n > LOAD_AVG_PERIOD * 63))
  40                 return 0;
  41
  42         /* after bounds checking we can collapse to 32-bit */
  43         local_n = n;
  44
  45         /*
  46          * As y^PERIOD = 1/2, we can combine
  47          *    y^n = 1/2^(n/PERIOD) * y^(n%PERIOD)
  48          * With a look-up table which covers y^n (n<PERIOD)
  49          *
  50          * To achieve constant time decay_load.
  51          */
  52         if (unlikely(local_n >= LOAD_AVG_PERIOD)) {
  53                 val >>= local_n / LOAD_AVG_PERIOD;
  54                 local_n %= LOAD_AVG_PERIOD;
  55         }
  56
  57         val = mul_u64_u32_shr(val, runnable_avg_yN_inv[local_n], 32);
  58         return val;
  59 }
  60
  61 static u32 __accumulate_pelt_segments(u64 periods, u32 d1, u32 d3)
  62 {
  63         u32 c1, c2, c3 = d3; /* y^0 == 1 */
  64
  65         /*
  66          * c1 = d1 y^p
  67          */
  68         c1 = decay_load((u64)d1, periods);
  69
  70         /*
  71          *            p-1
  72          * c2 = 1024 \Sum y^n
  73          *            n=1
  74          *
  75          *              inf        inf
  76          *    = 1024 ( \Sum y^n - \Sum y^n - y^0 )
  77          *              n=0        n=p
  78          */
  79         c2 = LOAD_AVG_MAX - decay_load(LOAD_AVG_MAX, periods) - 1024;
  80
  81         return c1 + c2 + c3;
  82 }
  83
  84 #define cap_scale(v, s) ((v)*(s) >> SCHED_CAPACITY_SHIFT)
  85
  86 /*
  87  * Accumulate the three separate parts of the sum; d1 the remainder
  88  * of the last (incomplete) period, d2 the span of full periods and d3
  89  * the remainder of the (incomplete) current period.
  90  *
  91  *           d1          d2           d3
  92  *           ^           ^            ^
  93  *           |           |            |
  94  *         |<->|<----------------->|<--->|
  95  * ... |---x---|------| ... |------|-----x (now)
  96  *
  97  *                           p-1
  98  * u' = (u + d1) y^p + 1024 \Sum y^n + d3 y^0
  99  *                           n=1
 100  *
 101  *    = u y^p +                                 (Step 1)
 102  *
 103  *                     p-1
 104  *      d1 y^p + 1024 \Sum y^n + d3 y^0         (Step 2)
 105  *                     n=1
 106  */
 107 static __always_inline u32
 108 accumulate_sum(u64 delta, struct sched_avg *sa,
 109                unsigned long load, unsigned long runnable, int running)
 110 {
 111         u32 contrib = (u32)delta; /* p == 0 -> delta < 1024 */
 112         u64 periods;
 113
 114         delta += sa->period_contrib;
 115         periods = delta / 1024; /* A period is 1024us (~1ms) */
 116
 117         /*
 118          * Step 1: decay old *_sum if we crossed period boundaries.
 119          */
 120         if (periods) {
 121                 sa->load_sum = decay_load(sa->load_sum, periods);
 122                 sa->runnable_load_sum =
 123                         decay_load(sa->runnable_load_sum, periods);
 124                 sa->util_sum = decay_load((u64)(sa->util_sum), periods);
 125
 126                 /*
 127                  * Step 2
 128                  */
 129                 delta %= 1024;
 130                 contrib = __accumulate_pelt_segments(periods,
 131                                 1024 - sa->period_contrib, delta);
 132         }
 133         sa->period_contrib = delta;
 134
 135         if (load)
 136                 sa->load_sum += load * contrib;
 137         if (runnable)
 138                 sa->runnable_load_sum += runnable * contrib;
 139         if (running)
 140                 sa->util_sum += contrib << SCHED_CAPACITY_SHIFT;
 141
 142         return periods;
 143 }
 144
 145 /*
 146  * We can represent the historical contribution to runnable average as the
 147  * coefficients of a geometric series.  To do this we sub-divide our runnable
 148  * history into segments of approximately 1ms (1024us); label the segment that
 149  * occurred N-ms ago p_N, with p_0 corresponding to the current period, e.g.
 150  *
 151  * [<- 1024us ->|<- 1024us ->|<- 1024us ->| ...
 152  *      p0            p1           p2
 153  *     (now)       (~1ms ago)  (~2ms ago)
 154  *
 155  * Let u_i denote the fraction of p_i that the entity was runnable.
 156  *
 157  * We then designate the fractions u_i as our co-efficients, yielding the
 158  * following representation of historical load:
 159  *   u_0 + u_1*y + u_2*y^2 + u_3*y^3 + ...
 160  *
 161  * We choose y based on the with of a reasonably scheduling period, fixing:
 162  *   y^32 = 0.5
 163  *
 164  * This means that the contribution to load ~32ms ago (u_32) will be weighted
 165  * approximately half as much as the contribution to load within the last ms
 166  * (u_0).
 167  *
 168  * When a period "rolls over" and we have new u_0`, multiplying the previous
 169  * sum again by y is sufficient to update:
 170  *   load_avg = u_0` + y*(u_0 + u_1*y + u_2*y^2 + ... )
 171  *            = u_0 + u_1*y + u_2*y^2 + ... [re-labeling u_i --> u_{i+1}]
 172  */
 173 static __always_inline int
 174 ___update_load_sum(u64 now, struct sched_avg *sa,
 175                   unsigned long load, unsigned long runnable, int running)
 176 {
 177         u64 delta;
 178
 179         delta = now - sa->last_update_time;
 180         /*
 181          * This should only happen when time goes backwards, which it
 182          * unfortunately does during sched clock init when we swap over to TSC.
 183          */
 184         if ((s64)delta < 0) {
 185                 sa->last_update_time = now;
 186                 return 0;
 187         }
 188
 189         /*
 190          * Use 1024ns as the unit of measurement since it's a reasonable
 191          * approximation of 1us and fast to compute.
 192          */
 193         delta >>= 10;
 194         if (!delta)
 195                 return 0;
 196
 197         sa->last_update_time += delta << 10;
 198
 199         /*
 200          * running is a subset of runnable (weight) so running can't be set if
 201          * runnable is clear. But there are some corner cases where the current
 202          * se has been already dequeued but cfs_rq->curr still points to it.
 203          * This means that weight will be 0 but not running for a sched_entity
 204          * but also for a cfs_rq if the latter becomes idle. As an example,
 205          * this happens during idle_balance() which calls
 206          * update_blocked_averages()
 207          */
 208         if (!load)
 209                 runnable = running = 0;
 210
 211         /*
 212          * Now we know we crossed measurement unit boundaries. The *_avg
 213          * accrues by two steps:
 214          *
 215          * Step 1: accumulate *_sum since last_update_time. If we haven't
 216          * crossed period boundaries, finish.
 217          */
 218         if (!accumulate_sum(delta, sa, load, runnable, running))
 219                 return 0;
 220
 221         return 1;
 222 }
 223
 224 static __always_inline void
 225 ___update_load_avg(struct sched_avg *sa, unsigned long load, unsigned long runnable)
 226 {
 227         u32 divider = LOAD_AVG_MAX - 1024 + sa->period_contrib;
 228
 229         /*
 230          * Step 2: update *_avg.
 231          */
 232         sa->load_avg = div_u64(load * sa->load_sum, divider);
 233         sa->runnable_load_avg = div_u64(runnable * sa->runnable_load_sum, divider);
 234         WRITE_ONCE(sa->util_avg, sa->util_sum / divider);
 235 }
 236
 237 /*
 238  * sched_entity:
 239  *
 240  *   task:
 241  *     se_runnable() == se_weight()
 242  *
 243  *   group: [ see update_cfs_group() ]
 244  *     se_weight()   = tg->weight * grq->load_avg / tg->load_avg
 245  *     se_runnable() = se_weight(se) * grq->runnable_load_avg / grq->load_avg
 246  *
 247  *   load_sum := runnable_sum
 248  *   load_avg = se_weight(se) * runnable_avg
 249  *
 250  *   runnable_load_sum := runnable_sum
 251  *   runnable_load_avg = se_runnable(se) * runnable_avg
 252  *
 253  * XXX collapse load_sum and runnable_load_sum
 254  *
 255  * cfq_rq:
 256  *
 257  *   load_sum = \Sum se_weight(se) * se->avg.load_sum
 258  *   load_avg = \Sum se->avg.load_avg
 259  *
 260  *   runnable_load_sum = \Sum se_runnable(se) * se->avg.runnable_load_sum
 261  *   runnable_load_avg = \Sum se->avg.runable_load_avg
 262  */
 263
 264 int __update_load_avg_blocked_se(u64 now, struct sched_entity *se)
 265 {
 266         if (___update_load_sum(now, &se->avg, 0, 0, 0)) {
 267                 ___update_load_avg(&se->avg, se_weight(se), se_runnable(se));
 268                 return 1;
 269         }
 270
 271         return 0;
 272 }
 273
 274 int __update_load_avg_se(u64 now, struct cfs_rq *cfs_rq, struct sched_entity *se)
 275 {
 276         if (___update_load_sum(now, &se->avg, !!se->on_rq, !!se->on_rq,
 277                                 cfs_rq->curr == se)) {
 278
 279                 ___update_load_avg(&se->avg, se_weight(se), se_runnable(se));
 280                 cfs_se_util_change(&se->avg);
 281                 return 1;
 282         }
 283
 284         return 0;
 285 }
 286
 287 int __update_load_avg_cfs_rq(u64 now, struct cfs_rq *cfs_rq)
 288 {
 289         if (___update_load_sum(now, &cfs_rq->avg,
 290                                 scale_load_down(cfs_rq->load.weight),
 291                                 scale_load_down(cfs_rq->runnable_weight),
 292                                 cfs_rq->curr != NULL)) {
 293
 294                 ___update_load_avg(&cfs_rq->avg, 1, 1);
 295                 return 1;
 296         }
 297
 298         return 0;
 299 }
 300
 301 /*
 302  * rt_rq:
 303  *
 304  *   util_sum = \Sum se->avg.util_sum but se->avg.util_sum is not tracked
 305  *   util_sum = cpu_scale * load_sum
 306  *   runnable_load_sum = load_sum
 307  *
 308  *   load_avg and runnable_load_avg are not supported and meaningless.
 309  *
 310  */
 311
 312 int update_rt_rq_load_avg(u64 now, struct rq *rq, int running)
 313 {
 314         if (___update_load_sum(now, &rq->avg_rt,
 315                                 running,
 316                                 running,
 317                                 running)) {
 318
 319                 ___update_load_avg(&rq->avg_rt, 1, 1);
 320                 return 1;
 321         }
 322
 323         return 0;
 324 }
 325
 326 /*
 327  * dl_rq:
 328  *
 329  *   util_sum = \Sum se->avg.util_sum but se->avg.util_sum is not tracked
 330  *   util_sum = cpu_scale * load_sum
 331  *   runnable_load_sum = load_sum
 332  *
 333  */
 334
 335 int update_dl_rq_load_avg(u64 now, struct rq *rq, int running)
 336 {
 337         if (___update_load_sum(now, &rq->avg_dl,
 338                                 running,
 339                                 running,
 340                                 running)) {
 341
 342                 ___update_load_avg(&rq->avg_dl, 1, 1);
 343                 return 1;
 344         }
 345
 346         return 0;
 347 }
 348
 349 #ifdef CONFIG_HAVE_SCHED_AVG_IRQ
 350 /*
 351  * irq:
 352  *
 353  *   util_sum = \Sum se->avg.util_sum but se->avg.util_sum is not tracked
 354  *   util_sum = cpu_scale * load_sum
 355  *   runnable_load_sum = load_sum
 356  *
 357  */
 358
 359 int update_irq_load_avg(struct rq *rq, u64 running)
 360 {
 361         int ret = 0;
 362
 363         /*
 364          * We can't use clock_pelt because irq time is not accounted in
 365          * clock_task. Instead we directly scale the running time to
 366          * reflect the real amount of computation
 367          */
 368         running = cap_scale(running, arch_scale_freq_capacity(cpu_of(rq)));
 369         running = cap_scale(running, arch_scale_cpu_capacity(NULL, cpu_of(rq)));
 370
 371         /*
 372          * We know the time that has been used by interrupt since last update
 373          * but we don't when. Let be pessimistic and assume that interrupt has
 374          * happened just before the update. This is not so far from reality
 375          * because interrupt will most probably wake up task and trig an update
 376          * of rq clock during which the metric is updated.
 377          * We start to decay with normal context time and then we add the
 378          * interrupt context time.
 379          * We can safely remove running from rq->clock because
 380          * rq->clock += delta with delta >= running
 381          */
 382         ret = ___update_load_sum(rq->clock - running, &rq->avg_irq,
 383                                 0,
 384                                 0,
 385                                 0);
 386         ret += ___update_load_sum(rq->clock, &rq->avg_irq,
 387                                 1,
 388                                 1,
 389                                 1);
 390
 391         if (ret)
 392                 ___update_load_avg(&rq->avg_irq, 1, 1);
 393
 394         return ret;
 395 }
 396 #endif