]> git.saurik.com Git - apple/xnu.git/blobdiff - osfmk/kern/sched_average.c
xnu-4903.270.47.tar.gz
[apple/xnu.git] / osfmk / kern / sched_average.c
index bfa1d2ef0d3a4068dd9ea0c095b6e75b7b5250a3..709803b9e9a55d0d623437044e8077691ad86aa4 100644 (file)
@@ -1,57 +1,55 @@
 /*
- * Copyright (c) 2000-2004 Apple Computer, Inc. All rights reserved.
+ * Copyright (c) 2000-2007 Apple Computer, Inc. All rights reserved.
  *
- * @APPLE_LICENSE_OSREFERENCE_HEADER_START@
- * 
- * This file contains Original Code and/or Modifications of Original Code 
- * as defined in and that are subject to the Apple Public Source License 
- * Version 2.0 (the 'License'). You may not use this file except in 
- * compliance with the License.  The rights granted to you under the 
- * License may not be used to create, or enable the creation or 
- * redistribution of, unlawful or unlicensed copies of an Apple operating 
- * system, or to circumvent, violate, or enable the circumvention or 
- * violation of, any terms of an Apple operating system software license 
- * agreement.
+ * @APPLE_OSREFERENCE_LICENSE_HEADER_START@
  *
- * Please obtain a copy of the License at 
- * http://www.opensource.apple.com/apsl/ and read it before using this 
- * file.
+ * This file contains Original Code and/or Modifications of Original Code
+ * as defined in and that are subject to the Apple Public Source License
+ * Version 2.0 (the 'License'). You may not use this file except in
+ * compliance with the License. The rights granted to you under the License
+ * may not be used to create, or enable the creation or redistribution of,
+ * unlawful or unlicensed copies of an Apple operating system, or to
+ * circumvent, violate, or enable the circumvention or violation of, any
+ * terms of an Apple operating system software license agreement.
  *
- * The Original Code and all software distributed under the License are 
- * distributed on an 'AS IS' basis, WITHOUT WARRANTY OF ANY KIND, EITHER 
- * EXPRESS OR IMPLIED, AND APPLE HEREBY DISCLAIMS ALL SUCH WARRANTIES, 
- * INCLUDING WITHOUT LIMITATION, ANY WARRANTIES OF MERCHANTABILITY, 
- * FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE, QUIET ENJOYMENT OR NON-INFRINGEMENT. 
- * Please see the License for the specific language governing rights and 
+ * Please obtain a copy of the License at
+ * http://www.opensource.apple.com/apsl/ and read it before using this file.
+ *
+ * The Original Code and all software distributed under the License are
+ * distributed on an 'AS IS' basis, WITHOUT WARRANTY OF ANY KIND, EITHER
+ * EXPRESS OR IMPLIED, AND APPLE HEREBY DISCLAIMS ALL SUCH WARRANTIES,
+ * INCLUDING WITHOUT LIMITATION, ANY WARRANTIES OF MERCHANTABILITY,
+ * FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE, QUIET ENJOYMENT OR NON-INFRINGEMENT.
+ * Please see the License for the specific language governing rights and
  * limitations under the License.
  *
- * @APPLE_LICENSE_OSREFERENCE_HEADER_END@
+ * @APPLE_OSREFERENCE_LICENSE_HEADER_END@
  */
 /*
  * @OSF_COPYRIGHT@
  */
-/* 
+/*
  * Mach Operating System
  * Copyright (c) 1991,1990,1989,1988,1987 Carnegie Mellon University
  * All Rights Reserved.
- * 
+ *
  * Permission to use, copy, modify and distribute this software and its
  * documentation is hereby granted, provided that both the copyright
  * notice and this permission notice appear in all copies of the
  * software, derivative works or modified versions, and any portions
  * thereof, and that both notices appear in supporting documentation.
- * 
+ *
  * CARNEGIE MELLON ALLOWS FREE USE OF THIS SOFTWARE IN ITS "AS IS"
  * CONDITION.  CARNEGIE MELLON DISCLAIMS ANY LIABILITY OF ANY KIND FOR
  * ANY DAMAGES WHATSOEVER RESULTING FROM THE USE OF THIS SOFTWARE.
- * 
+ *
  * Carnegie Mellon requests users of this software to return to
- * 
+ *
  *  Software Distribution Coordinator  or  Software.Distribution@CS.CMU.EDU
  *  School of Computer Science
  *  Carnegie Mellon University
  *  Pittsburgh PA 15213-3890
- * 
+ *
  * any improvements or extensions that they make and grant Carnegie Mellon
  * the rights to redistribute these changes.
  */
 #include <kern/assert.h>
 #include <kern/processor.h>
 #include <kern/thread.h>
-       
-uint32_t       avenrun[3] = {0, 0, 0};
-uint32_t       mach_factor[3] = {0, 0, 0};
+#if CONFIG_TELEMETRY
+#include <kern/telemetry.h>
+#endif
+
+#include <sys/kdebug.h>
+
+uint32_t        avenrun[3] = {0, 0, 0};
+uint32_t        mach_factor[3] = {0, 0, 0};
 
+uint32_t        sched_load_average, sched_mach_factor;
+
+#if defined(CONFIG_SCHED_TIMESHARE_CORE)
 /*
  * Values are scaled by LOAD_SCALE, defined in processor_info.h
  */
-#define base(n)                ((n) << SCHED_TICK_SHIFT)
-#define frac(n)                (((base(n) - 1) * LOAD_SCALE) / base(n))
+#define base(n)         ((n) << SCHED_TICK_SHIFT)
+#define frac(n)         (((base(n) - 1) * LOAD_SCALE) /        base(n))
 
-static uint32_t                fract[3] = {
-       frac(5),                /* 5 second average */
-       frac(30),               /* 30 second average */
-       frac(60),               /* 1 minute average */
+static uint32_t         fract[3] = {
+       frac(5),                /* 5 second average */
+       frac(30),               /* 30 second average */
+       frac(60),               /* 1 minute average */
 };
 
 #undef base
 #undef frac
 
-static unsigned int            sched_nrun;
+#endif /* CONFIG_SCHED_TIMESHARE_CORE */
 
-typedef void   (*sched_avg_comp_t)(
-                                       void                    *param);
+static unsigned int             sched_nrun;
 
-#define SCHED_AVG_SECS(n)      ((n) << SCHED_TICK_SHIFT)
+typedef void    (*sched_avg_comp_t)(
+       void                    *param);
 
 static struct sched_average {
-       sched_avg_comp_t        comp;
-       void                            *param;
-       int                                     period;
-       int                                     tick;                   
+       sched_avg_comp_t        comp;
+       void                    *param;
+       int                     period; /* in seconds */
+       uint64_t                deadline;
 } sched_average[] = {
-       { compute_averunnable, &sched_nrun, SCHED_AVG_SECS(5), 0 },
-       { compute_stack_target, NULL, SCHED_AVG_SECS(5), 1 },
+       { compute_averunnable, &sched_nrun, 5, 0 },
+       { compute_stack_target, NULL, 5, 1 },
+       { compute_pageout_gc_throttle, NULL, 1, 0 },
+       { compute_pmap_gc_throttle, NULL, 60, 0 },
+#if CONFIG_TELEMETRY
+       { compute_telemetry, NULL, 1, 0 },
+#endif
        { NULL, NULL, 0, 0 }
 };
 
-typedef struct sched_average   *sched_average_t;
+typedef struct sched_average    *sched_average_t;
+
+/*
+ * Scheduler load calculation algorithm
+ *
+ * The scheduler load values provide an estimate of the number of runnable
+ * timeshare threads in the system at various priority bands. The load
+ * ultimately affects the priority shifts applied to all threads in a band
+ * causing them to timeshare with other threads in the system. The load is
+ * maintained in buckets, with each bucket corresponding to a priority band.
+ *
+ * Each runnable thread on the system contributes its load to its priority
+ * band and to the bands above it. The contribution of a thread to the bands
+ * above it is not strictly 1:1 and is weighted based on the priority band
+ * of the thread. The rules of thread load contribution to each of its higher
+ * bands are as follows:
+ *
+ * - DF threads: Upto (2 * NCPUs) threads
+ * - UT threads: Upto NCPUs threads
+ * - BG threads: Upto 1 thread
+ *
+ * To calculate the load values, the various run buckets are sampled (every
+ * sched_load_compute_interval_abs) and the weighted contributions of the the
+ * lower bucket threads are added. The resultant value is plugged into an
+ * exponentially weighted moving average formula:
+ *      new-load = alpha * old-load + (1 - alpha) * run-bucket-sample-count
+ *      (where, alpha < 1)
+ * The calculations for the scheduler load are done using fixpoint math with
+ * a scale factor of 16 to avoid expensive divides and floating point
+ * operations. The final load values are a smooth curve representative of
+ * the actual number of runnable threads in a priority band.
+ */
+
+/* Maintains the current (scaled for fixpoint) load in various buckets */
+uint32_t sched_load[TH_BUCKET_MAX];
 
+/*
+ * Alpha factor for the EWMA alogrithm. The current values are chosen as
+ * 6:10 ("old load":"new samples") to make sure the scheduler reacts fast
+ * enough to changing system load but does not see too many spikes from bursty
+ * activity. The current values ensure that the scheduler would converge
+ * to the latest load in 2-3 sched_load_compute_interval_abs intervals
+ * (which amounts to ~30-45ms with current values).
+ */
+#define SCHED_LOAD_EWMA_ALPHA_OLD      6
+#define SCHED_LOAD_EWMA_ALPHA_NEW      10
+#define SCHED_LOAD_EWMA_ALPHA_SHIFT    4
+static_assert((SCHED_LOAD_EWMA_ALPHA_OLD + SCHED_LOAD_EWMA_ALPHA_NEW) == (1ul << SCHED_LOAD_EWMA_ALPHA_SHIFT));
+
+/* For fixpoint EWMA, roundup the load to make it converge */
+#define SCHED_LOAD_EWMA_ROUNDUP(load)   (((load) & (1ul << (SCHED_LOAD_EWMA_ALPHA_SHIFT - 1))) != 0)
+
+/* Macro to convert scaled sched load to a real load value */
+#define SCHED_LOAD_EWMA_UNSCALE(load)   (((load) >> SCHED_LOAD_EWMA_ALPHA_SHIFT) + SCHED_LOAD_EWMA_ROUNDUP(load))
+
+/*
+ * Routine to capture the latest runnable counts and update sched_load */
 void
-compute_averages(void)
+compute_sched_load(void)
 {
-       register processor_set_t        pset = &default_pset;
-       register int                            ncpus;
-       register int                            nthreads, nshared;
-       sched_average_t                         avg;
-       register uint32_t                       factor_now = 0;
-       register uint32_t                       average_now = 0;
-       register uint32_t                       load_now = 0;
-
-       if ((ncpus = pset->processor_count) > 0) {
-               /*
-                *      Retrieve counts, ignoring
-                *      the current thread.
-                */
-               nthreads = pset->run_count - 1;
-               nshared = pset->share_count;
-
-               /*
-                *      Load average and mach factor calculations for
-                *      those which ask about these things.
-                */
-               average_now = nthreads * LOAD_SCALE;
-
-               if (nthreads > ncpus)
-                       factor_now = (ncpus * LOAD_SCALE) / (nthreads + 1);
-               else
-                       factor_now = (ncpus - nthreads) * LOAD_SCALE;
-
-               pset->mach_factor =     ((pset->mach_factor << 2) + factor_now) / 5;
-               pset->load_average = ((pset->load_average << 2) + average_now) / 5;
-
-               /*
-                *      Compute the timeshare priority
-                *      conversion factor based on loading.
-                */
-               if (nshared > nthreads)
-                       nshared = nthreads;
-
-               if (nshared > ncpus) {
-                       if (ncpus > 1)
-                               load_now = nshared / ncpus;
-                       else
-                               load_now = nshared;
-
-                       if (load_now > NRQS - 1)
-                               load_now = NRQS - 1;
+       /*
+        * Retrieve a snapshot of the current run counts.
+        *
+        * Why not a bcopy()? Because we need atomic word-sized reads of sched_run_buckets,
+        * not byte-by-byte copy.
+        */
+       uint32_t ncpus = processor_avail_count;
+       uint32_t load_now[TH_BUCKET_MAX];
+
+       load_now[TH_BUCKET_RUN]      = sched_run_buckets[TH_BUCKET_RUN];
+       load_now[TH_BUCKET_FIXPRI]   = sched_run_buckets[TH_BUCKET_FIXPRI];
+       load_now[TH_BUCKET_SHARE_FG] = sched_run_buckets[TH_BUCKET_SHARE_FG];
+       load_now[TH_BUCKET_SHARE_DF] = sched_run_buckets[TH_BUCKET_SHARE_DF];
+       load_now[TH_BUCKET_SHARE_UT] = sched_run_buckets[TH_BUCKET_SHARE_UT];
+       load_now[TH_BUCKET_SHARE_BG] = sched_run_buckets[TH_BUCKET_SHARE_BG];
+
+       assert(load_now[TH_BUCKET_RUN] >= 0);
+       assert(load_now[TH_BUCKET_FIXPRI] >= 0);
+
+       uint32_t nthreads = load_now[TH_BUCKET_RUN];
+       uint32_t nfixpri  = load_now[TH_BUCKET_FIXPRI];
+
+       KERNEL_DEBUG_CONSTANT_IST(KDEBUG_TRACE,
+           MACHDBG_CODE(DBG_MACH_SCHED, MACH_SCHED_LOAD) | DBG_FUNC_NONE,
+           load_now[TH_BUCKET_FIXPRI], (load_now[TH_BUCKET_SHARE_FG] + load_now[TH_BUCKET_SHARE_DF]),
+           load_now[TH_BUCKET_SHARE_BG], load_now[TH_BUCKET_SHARE_UT], 0);
+
+       /*
+        * Compute the timeshare priority conversion factor based on loading.
+        * Because our counters may be incremented and accessed
+        * concurrently with respect to each other, we may have
+        * windows where the invariant (nthreads - nfixpri) == (fg + df + bg + ut)
+        * is broken, so truncate values in these cases.
+        */
+       uint32_t timeshare_threads = (nthreads - nfixpri);
+       for (uint32_t i = TH_BUCKET_SHARE_FG; i <= TH_BUCKET_SHARE_BG; i++) {
+               if (load_now[i] > timeshare_threads) {
+                       load_now[i] = timeshare_threads;
                }
+       }
 
-               /*
-                *      The conversion factor consists of
-                *      two components: a fixed value based
-                *      on the absolute time unit, and a
-                *      dynamic portion based on loading.
-                *
-                *      Zero loading results in a out of range
-                *      shift count.  Accumulated usage is ignored
-                *      during conversion and new usage deltas
-                *      are discarded.
-                */
-               pset->pri_shift = sched_pri_shift - sched_load_shifts[load_now];
+       /*
+        * Default threads contribute up to (NCPUS * 2) of load to FG threads
+        */
+       if (load_now[TH_BUCKET_SHARE_DF] <= (ncpus * 2)) {
+               load_now[TH_BUCKET_SHARE_FG] += load_now[TH_BUCKET_SHARE_DF];
+       } else {
+               load_now[TH_BUCKET_SHARE_FG] += (ncpus * 2);
        }
-       else {
-               pset->mach_factor = pset->load_average = 0;
-               pset->pri_shift = INT8_MAX;
-               nthreads = pset->run_count;
+
+       /*
+        * Utility threads contribute up to NCPUS of load to FG & DF threads
+        */
+       if (load_now[TH_BUCKET_SHARE_UT] <= ncpus) {
+               load_now[TH_BUCKET_SHARE_FG] += load_now[TH_BUCKET_SHARE_UT];
+               load_now[TH_BUCKET_SHARE_DF] += load_now[TH_BUCKET_SHARE_UT];
+       } else {
+               load_now[TH_BUCKET_SHARE_FG] += ncpus;
+               load_now[TH_BUCKET_SHARE_DF] += ncpus;
        }
 
        /*
-        *      Sample total running threads.
+        * BG threads contribute up to 1 thread worth of load to FG, DF and UT threads
+        */
+       if (load_now[TH_BUCKET_SHARE_BG] > 0) {
+               load_now[TH_BUCKET_SHARE_FG] += 1;
+               load_now[TH_BUCKET_SHARE_DF] += 1;
+               load_now[TH_BUCKET_SHARE_UT] += 1;
+       }
+
+       /*
+        * The conversion factor consists of two components:
+        * a fixed value based on the absolute time unit (sched_fixed_shift),
+        * and a dynamic portion based on load (sched_load_shifts).
+        *
+        * Zero load results in a out of range shift count.
+        */
+
+       for (uint32_t i = TH_BUCKET_SHARE_FG; i <= TH_BUCKET_SHARE_BG; i++) {
+               uint32_t bucket_load = 0;
+
+               if (load_now[i] > ncpus) {
+                       /* Normalize the load to number of CPUs */
+                       if (ncpus > 1) {
+                               bucket_load = load_now[i] / ncpus;
+                       } else {
+                               bucket_load = load_now[i];
+                       }
+
+                       if (bucket_load > MAX_LOAD) {
+                               bucket_load = MAX_LOAD;
+                       }
+               }
+               /* Plug the load values into the EWMA algorithm to calculate (scaled for fixpoint) sched_load */
+               sched_load[i] = (sched_load[i] * SCHED_LOAD_EWMA_ALPHA_OLD) + ((bucket_load << SCHED_LOAD_EWMA_ALPHA_SHIFT) * SCHED_LOAD_EWMA_ALPHA_NEW);
+               sched_load[i] = sched_load[i] >> SCHED_LOAD_EWMA_ALPHA_SHIFT;
+       }
+
+       KERNEL_DEBUG_CONSTANT_IST(KDEBUG_TRACE,
+           MACHDBG_CODE(DBG_MACH_SCHED, MACH_SCHED_LOAD_EFFECTIVE) | DBG_FUNC_NONE,
+           SCHED_LOAD_EWMA_UNSCALE(sched_load[TH_BUCKET_SHARE_FG]), SCHED_LOAD_EWMA_UNSCALE(sched_load[TH_BUCKET_SHARE_DF]),
+           SCHED_LOAD_EWMA_UNSCALE(sched_load[TH_BUCKET_SHARE_UT]), SCHED_LOAD_EWMA_UNSCALE(sched_load[TH_BUCKET_SHARE_BG]), 0);
+}
+
+void
+compute_averages(uint64_t stdelta)
+{
+       uint32_t nthreads = sched_run_buckets[TH_BUCKET_RUN] - 1;
+       uint32_t ncpus = processor_avail_count;
+
+       /* Update the global pri_shifts based on the latest values */
+       for (uint32_t i = TH_BUCKET_SHARE_FG; i <= TH_BUCKET_SHARE_BG; i++) {
+               uint32_t bucket_load = SCHED_LOAD_EWMA_UNSCALE(sched_load[i]);
+               sched_pri_shifts[i] = sched_fixed_shift - sched_load_shifts[bucket_load];
+       }
+
+       /*
+        * Sample total running threads for the load average calculation.
         */
        sched_nrun = nthreads;
 
        /*
-        * Compute old-style Mach load averages.
+        * Load average and mach factor calculations for
+        * those which ask about these things.
         */
-       {
-               register int            i;
+       uint32_t average_now = nthreads * LOAD_SCALE;
+       uint32_t factor_now;
 
-               for (i = 0; i < 3; i++) {
+       if (nthreads > ncpus) {
+               factor_now = (ncpus * LOAD_SCALE) / (nthreads + 1);
+       } else {
+               factor_now = (ncpus - nthreads) * LOAD_SCALE;
+       }
+
+       /*
+        * For those statistics that formerly relied on being recomputed
+        * on timer ticks, advance by the approximate number of corresponding
+        * elapsed intervals, thus compensating for potential idle intervals.
+        */
+       for (uint32_t index = 0; index < stdelta; index++) {
+               sched_mach_factor = ((sched_mach_factor << 2) + factor_now) / 5;
+               sched_load_average = ((sched_load_average << 2) + average_now) / 5;
+       }
+
+       /*
+        * Compute old-style Mach load averages.
+        */
+       for (uint32_t index = 0; index < stdelta; index++) {
+               for (uint32_t i = 0; i < 3; i++) {
                        mach_factor[i] = ((mach_factor[i] * fract[i]) +
-                                               (factor_now * (LOAD_SCALE - fract[i]))) / LOAD_SCALE;
+                           (factor_now * (LOAD_SCALE - fract[i]))) / LOAD_SCALE;
 
                        avenrun[i] = ((avenrun[i] * fract[i]) +
-                                               (average_now * (LOAD_SCALE - fract[i]))) / LOAD_SCALE;
+                           (average_now * (LOAD_SCALE - fract[i]))) / LOAD_SCALE;
                }
        }
 
        /*
-        *      Compute averages in other components.
+        * Compute averages in other components.
         */
-       for (avg = sched_average; avg->comp != NULL; ++avg) {
-               if (++avg->tick >= avg->period) {
-                       (*avg->comp)(avg->param);
-                       avg->tick = 0;
+       uint64_t abstime = mach_absolute_time();
+
+       for (sched_average_t avg = sched_average; avg->comp != NULL; ++avg) {
+               if (abstime >= avg->deadline) {
+                       uint64_t period_abs = (avg->period * sched_one_second_interval);
+                       uint64_t ninvokes = 1;
+
+                       ninvokes += (abstime - avg->deadline) / period_abs;
+                       ninvokes = MIN(ninvokes, SCHED_TICK_MAX_DELTA);
+
+                       for (uint32_t index = 0; index < ninvokes; index++) {
+                               (*avg->comp)(avg->param);
+                       }
+                       avg->deadline = abstime + period_abs;
                }
        }
 }