Plugsched实战解读:如何不中断业务时对Linux内核调度器热升级?

发布于 2022-6-9 10:59
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编者按:随着 Linux 内核的不断更新迭代,代码变得越来越繁重。调度器是内核最核心的子系统之一,它的结构复杂,与其它子系统紧密耦合,这使得开发和调试变得越发困难。Plugsched 是 Linux 内核调度器子系统热升级的 SDK,它可以实现在不重启系统、应用的情况下动态替换调度器子系统,毫秒级 downtime。本文整理自龙蜥大讲堂第 18 期,精彩分享视频回放已上传至龙蜥官网,欢迎查看!

以下是龙蜥社区 Kernel SIG 核心成员分享《关于 Plugsched 调度器热升级》部分精彩内容(完整视频回放和技术 PPT 获取方式见文末)。

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Plugsched实战解读:如何不中断业务时对Linux内核调度器热升级?-开源基础软件社区

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Plugsched 是 Linux 内核调度器子系统热升级的 SDK,它可以实现在不重启系统、应用的情况下动态替换调度器子系统,毫秒级 downtime。Plugsched 可以对生产环境中的内核调度特性动态地进行增、删、改,以满足不同场景或应用的需求,且支持回滚。目前已经在龙蜥社区开源了。

开源地址:
https://gitee.com/anolis/plugsched

随着 Linux 内核的不断更新迭代,代码变得越来越繁重。调度器是内核最核心的子系统之一,它的结构复杂,与其它子系统紧密耦合,这使得开发和调试变得越发困难。而且,调度器内嵌在内核中,应用新的调度器需要更换内核,这在集群中代价比较昂贵。再者,目前不存在子系统范围的热升级方案,kpatch、livepatch 是函数粒度的热升级方案,eBPF 目前还不支持调度器。对于调度器而言,由于应用场景及其特征的多样性,使得调度策略的优化比较复杂,尤其在云场景下,不存在“一劳永逸”的策略,因此,允许用户定制调度器满足不同的场景是必要的。

基于以上背景,Plugsched 诞生了,它能将调度器子系统从内核中提取出来,以模块的形式对内核调度器进行热升级。通过对调度器模块的修改,能够针对不同业务定制化调度器,而且使用模块能够更敏捷的开发新特性和优化点,并且可以在不中断业务的情况下上线。

本文从 plugsched 的 背景、优势、应用场景和原理四个方面展开分享,通过一个实际案例体现出 plugsched 的价值所在,最后给大家进行了实际操作的演示,演示过程中,详细介绍了 plugsched 如何使用、每一步的操作如何进行以及背后的工作是什么。
Plugsched实战解读:如何不中断业务时对Linux内核调度器热升级?-开源基础软件社区
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Plugsched实战解读:如何不中断业务时对Linux内核调度器热升级?-开源基础软件社区
Plugsched实战解读:如何不中断业务时对Linux内核调度器热升级?-开源基础软件社区

接下来是演示过程,可以参考开源仓库的 Readme 中的 Quick Start 章节,Plugsched SDK 提供了 容器化的开发环境,通过实际操作,可以很快学会如何使用它(演示视频已上传至龙蜥官网,欢迎查看)。

最后,讲师与线上听众进行了 Q&A 互动,本文主要摘录以下 5 个问题:

Q:回滚之后,内核原来的调度器如何重新生效?

A:安装调度器包后,相当于系统中存在两个调度器,一个是内核原有的调度器,另一个是新安装的调度器。安装新的调度器安装后,内核原有的调度器相当于被旁路掉了。当新的调度器包被卸载(回滚)后,内核原有的调度器相当于被重新 enable,会自动生效。

Q:Plugsched 与 sched eBPF 有什么区别?

A:目前,上游社区还不支持调度器 eBPF 的 hook 点,即便是支持了,也只能支持局部策略的修改,可修改能力有限。而且 eBPF 不能实现很复杂的修改,它的检查机制很严格,不能实现复杂的逻辑,修改能力进一步受限。

Q:Google 的 ghOSt,似乎是和 plugsched 做类似的工作?两者有什么区别?

A:ghOSt 与 plugsched 面向的场景不同,性能也不同。ghOSt 有两种工作模式,local 模式开销较大,每次调度要多经历一次上下文切换,即切入切出用户态调度器软件,所以只能在一些延迟要求不高的场景用。而 global 模式过度依赖 IPI,IPI 的开销会导致调度不及时,增加延时。再者,ghOSt 针对无内核开发经验的用户态软件开发者,容错性比较高,但是性能相对较差,只能用于部分场景。plugsched 依旧针对内核开发者,要求开发者有与传统内核同样的开发经验,但是为内核开发者降低开发、测试、上线、回滚的难度,性能好,能用于绝大部分场景。

Q:Plugsched 在做模块化的过程中开销如何?

A:对于模块化的开销,可以不需要太关注,因为这个过程是 offline 的,而且生成调度器模块后,可以持续修改和生成 RPM 包。对于它的开销,演示过程使用的环境是 64 核 CPU,生成调度器模块的时间大约是 2-3 分钟,应为它需要编译一次内核,开销并不是很高。

Q:系统重启或者更换内核是否有影响?

A:plugsched 支持安装多内核版本的调度器包,就像可以同时安装多个版本的内核一样。当系统重启后,plugsched 会自动识别并安装当前内核版本的调度器模块,即便是不存在对应内核版本的调度器,也不会安装其它内核版本的调度器模块。因此,系统重启或更换内核并没有什么影响。

关于回放和课件获取
【视频回放】:视频回访已上传至龙蜥官网:https://openanolis.cn/video 查看。

【PPT课件获取】:获取链接:https://www.yuque.com/anolis-docs/courses
有任何疑问请随时咨询龙蜥助手—小龙(微信:openanolis_assis)。

Plugsched 相关阅读:
龙蜥开源Plugsched:首次实现 Linux kernel 调度器热升级:https://mp.weixin.qq.com/s/oeRGh-mW-Zo7uraglMEftQ

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