调度子系统4_负载均衡（一）

//	参考：http://blog.csdn.net/dog250/article/details/5303561

//	负载均衡
//		当rq->next_balance到时，触发负载均衡	
//	调用路径:scheduler_tick->trigger_load_balance
//	注：
//		nohz.cpu_mask中的cpu表示停用了周期时钟
//	函数任务：
//		1.如果进入tick的时候rq变得有事可做，并且之前由本cpu执行idle load balance
//			1.1 不再做idle load balance
//			1.2 nohz.cpu_mask中选择一个cpu负责idle load balance
//			1.3 通过ipi通知彼cpu负责ilb
//		2.如果所有cpu均处于idle状态，之前由本cpu做idle load balance
//			2.1 没有必要再做idb，通知本cpu停止idle load balance
//		3.如果本cpu处于idle状态，其他cpu做idle load balance
//			3.1 ilb的cpu会代此cpu执行load balance，不需要raise SCHED_SOFTIRQ
//		4.本cpu没有加入到任何domain，则不需要在domain间load balance
//		5.如果到达执行load balance时间点
//			5.1 raise SCHED_SOFTIRQ
1.1 static inline void trigger_load_balance(struct rq *rq, int cpu)
{
#ifdef CONFIG_NO_HZ

	//	rq->idle_at_tick = 0表示rq上运行的非idle进程
	//	rq->in_nohz_recently表示最近关闭了周期时钟
	if (rq->in_nohz_recently && !rq->idle_at_tick) {
		rq->in_nohz_recently = 0;
		//如果之前由本cpu执行idle load balance
		if (atomic_read(&nohz.load_balancer) == cpu) {
			//nohz.cpu_mask中的cpu表示停用了周期时钟，在select_nohz_load_balancer中被加入
			cpumask_clear_cpu(cpu, nohz.cpu_mask);
			//进入tick的时候rq变得有事可做，则不再做idle load balance
			atomic_set(&nohz.load_balancer, -1);
		}
		//从nohz.cpu_mask中选择一个cpu做idle load balance 
		if (atomic_read(&nohz.load_balancer) == -1) {
			int ilb = find_new_ilb(cpu);
			if (ilb < nr_cpu_ids)
			{
				//向该cpu发送ipi
				resched_cpu(ilb);
			}
		}
	}

	//如果所有cpu均处于idle状态，本cpu做idle load balance，则通知本cpu停止idle load balance
	if (rq->idle_at_tick && atomic_read(&nohz.load_balancer) == cpu &&
	    cpumask_weight(nohz.cpu_mask) == num_online_cpus()) {
		resched_cpu(cpu);
		return;
	}

	//如果本cpu处于idle状态，其他cpu做idle load balance，则不需要raise其SCHED_SOFTIRQ
	if (rq->idle_at_tick && atomic_read(&nohz.load_balancer) != cpu &&
	    cpumask_test_cpu(cpu, nohz.cpu_mask))
		return;
#endif
	//本cpu没有加入到任何domain，则不需要raise其SCHED_SOFTIRQ
	if (time_after_eq(jiffies, rq->next_balance) &&
	    likely(!on_null_domain(cpu)))
	{
		//raise其SCHED_SOFTIRQ
		raise_softirq(SCHED_SOFTIRQ);
	}
}


//	负载均衡软中断
//		由trigger_load_balance函数触发
//	函数任务：
//		1.自下而上遍历cpu所属的sched domain，对其进行负载均衡
//		2.如果本cpu负责idle load balance，代停用周期时钟的cpu执行load balance
//			2.1 遍历nohz.cpu_mask中所有的idle cpu
//				2.2.1 代其执行步骤1
//				2.2.2 如果这这段时间内本cpu有非idle进程就绪，退出ilb，下一次负载均衡时发生时再ilb
//				2.2.3 如果idle cpu下一次进行负载均衡的时间戳大于本cpu
//					2.2.3.1 更新idle cpu下一次负载均衡的时间为本cpu进行负载均衡的时间戳
2.1 static void run_rebalance_domains(struct softirq_action *h)
{
	int this_cpu = smp_processor_id();
	struct rq *this_rq = cpu_rq(this_cpu);
	//cpu当前状态
	//	如果rq上当前运行的为idle task则cpu为idle状态
	enum cpu_idle_type idle = this_rq->idle_at_tick ?
						CPU_IDLE : CPU_NOT_IDLE;
	//为cpu在同一个domain内执行load balance
	rebalance_domains(this_cpu, idle);

#ifdef CONFIG_NO_HZ

	//如果本cpu负责idle load balance，代停用周期时钟的cpu执行load balance
	if (this_rq->idle_at_tick &&
	    atomic_read(&nohz.load_balancer) == this_cpu) {
		struct rq *rq;
		int balance_cpu;

		for_each_cpu(balance_cpu, nohz.cpu_mask) {
			if (balance_cpu == this_cpu)
				continue;
			//非idle进程就绪，不在执行idle load balance，下一次load balance发生时再ilb
			if (need_resched())
				break;
			//代idle的cpu执行load balance
			rebalance_domains(balance_cpu, CPU_IDLE);
			//更新本rq下一次load balance的时间为所有被代理rq执行load balance中最早的
			rq = cpu_rq(balance_cpu);
			if (time_after(this_rq->next_balance, rq->next_balance))
				this_rq->next_balance = rq->next_balance;
		}
	}
#endif
}

//	负载均衡
//		在cpu所属的sched domain层次结构上执行load balance
//	调用路径：run_rebalance_domains->rebalance_domains
//	函数参数：
//		idle，cpu处于的状态
//			CPU_IDLE，cpu上运行的idle task
//			CPU_NOT_IDLE，cpu上运行的非idle task

//	函数任务：
//		1.自上而下遍历rq所属的所有sched domain
//			1.1 如果此domain不需要执行load balance(没有设置SD_LOAD_BALANCE)，则跳过
//			1.2 计算domain执行load balance的时间间隔
//				1.2.1 由domain的balance_interval指定load balance在domain上执行的时间间隔
//				1.2.2 降低非idle状态的cpu通过放大时间间隔降低load balance执行的频率
//				1.2.3 在HZ*NR_CPUS/10时间内，必须对domain执行一次load balance
//			1.3 如果domain的load balance需要串行执行，则获取balance锁
//			1.4 如果当前时间到达domain load balance执行的时间点
//				1.4.1 从同一个domain的其他cpu拉进程到本cpu执行
//				1.4.2 如果成功从其他cpu上拉进程到本cpu，则设置cpu不再为idle状态
//			1.5 如果domain的load balance需要串行执行，则释放balance锁
//			1.6 通过next_balance记录rq下一次执行load balance的时间为其所属domain中
//				最近的load balance时间
//			1.7 如果返回值balance=0，说明已经完成了负载均衡，退出遍历，否则继续1.1
//		2.更新rq下一次执行load balance的时间为其所属domain中最近的load balance时间
3.1 static void rebalance_domains(int cpu, enum cpu_idle_type idle)
{
	int balance = 1;
	struct rq *rq = cpu_rq(cpu);
	unsigned long interval;
	struct sched_domain *sd;
	//rebalance执行最近的时间
	unsigned long next_balance = jiffies + 60*HZ;
	int update_next_balance = 0;
	int need_serialize;
	//遍历cpu所属的所有sched domain
	for_each_domain(cpu, sd) {
		//此domain不需要load balance
		if (!(sd->flags & SD_LOAD_BALANCE))
			continue;
		//domain执行load balance的时间间隔
		interval = sd->balance_interval;
		//降低非idle状态cpu的load balance的执行频率
		//	通过放大load balance执行的最小间隔达到降低频率的目的
		if (idle != CPU_IDLE)
			interval *= sd->busy_factor;
		interval = msecs_to_jiffies(interval);
		if (unlikely(!interval))
			interval = 1;
		//最大间隔为HZ*NR_CPUS/10
		if (interval > HZ*NR_CPUS/10)
			interval = HZ*NR_CPUS/10;
		//此domain的load balance需要串行执行
		need_serialize = sd->flags & SD_SERIALIZE;
		if (need_serialize) {
			//试图获取串行load balance失败，则放弃此次load balance
			if (!spin_trylock(&balancing))
				goto out;
		}
		//如果当前时间到达domain load balance执行的时间点
		if (time_after_eq(jiffies, sd->last_balance + interval)) {
			//从同一个domain的其他cpu拉进程到本cpu执行
			if (load_balance(cpu, rq, sd, idle, &balance)) {
				//由于已经从其他cpu上拉来了进程，因此本cpu不在是idle状态
				idle = CPU_NOT_IDLE;
			}
			//更新domain上一次load balance的时间为当前jiffies
			sd->last_balance = jiffies;
		}
		if (need_serialize)
			spin_unlock(&balancing);
out:
		if (time_after(next_balance, sd->last_balance + interval)) {
			//next_balance记录下一次执行load balance最近的时间
			next_balance = sd->last_balance + interval;
			update_next_balance = 1;
		}

		//完成均衡
		if (!balance)
			break;
	}
	//更新rq下一次load balance执行时间为所属domain中下一次load balance最早的时间
	if (likely(update_next_balance))
		rq->next_balance = next_balance;
}