Linux PSI 聚合优化：跳过 zero non-idle delta 的 CPU

系列概况

标题：sched/psi: Skip CPUs with zero non-idle delta in per-CPU aggregation
作者：Zhan Xusheng zhanxusheng@xiaomi.com
版本：v1 → v6，时间跨度 2026-02-03 → 2026-08-04
规模：单 patch 系列，共 6 个版本
修改文件：kernel/sched/psi.c
代码统计：v1/v2/v3/v4 = +7 行；v5/v6 = +3 行（精简内联注释）
Message-ID：20260203100007.22044-1-zhanxusheng@xiaomi.com（v1）→ 20260804092554.3854840-1-zhanxusheng@xiaomi.com（v6）
完整性：8 封邮件；含 Johannes Weiner 1 条 ack + 1 条 Peter Zijlstra 数据诉求

补丁目的

collect_percpu_times() 每个采样窗口遍历所有 possible CPU，对每个 CPU 算出 PSI_NONIDLE 时间（nsecs_to_jiffies）作为权重，再加权到 deltas[]。

当 PSI_NONIDLE delta 为 0 时，加权贡献本身就是 0，纯属空跑。

本 patch 利用 get_recent_times() 已经设好的 cpu_changed_states & (1 << PSI_NONIDLE) 位作为天然 zero-delta 标记，命中即 continue，省掉 nsecs_to_jiffies 与后续 u64 mul-add。

旧流程的问题

for each possible cpu:
    get_recent_times(... &cpu_changed_states);
    changed_states |= cpu_changed_states;
    nonidle = nsecs_to_jiffies(times[PSI_NONIDLE]);   /* 一定执行的除法 */
    nonidle_total += nonidle;
    for s in PSI_NONIDLE:
        deltas[s] += times[s] * nonidle;              /* 结果是 += 0 */

nsecs_to_jiffies 一定执行；容器/监控密集场景下，PSI trigger 触发频率（百 Hz 级）放大 O(nr_possible_cpus) 扫描的成本，CPU 越多浪费越明显。

新流程

for each possible cpu:
    get_recent_times(... &cpu_changed_states);
    if (!(cpu_changed_states & (1 << PSI_NONIDLE)))
        continue;
    changed_states |= cpu_changed_states;
    nonidle = nsecs_to_jiffies(times[PSI_NONIDLE]);
    nonidle_total += nonidle;
    for s in PSI_NONIDLE:
        deltas[s] += times[s] * nonidle;

changed_states |= cpu_changed_states 在循环里仍执行，聚合层 trigger reschedule 决策不受影响。

Patch 概览

v1：if (!nonidle) continue; —— 先算 nonidle 再判断，跳过一次 jiffies 转换。
v2/v3：依 Johannes 建议改为 cpu_changed_states 位判断，省掉 nsecs_to_jiffies。
v4：去掉误加的 Reviewed-by，改 Suggested-by；commit 措辞改为 "delta"。
v5：精简注释（+3 行）+ i7-8700 的 4 组 A/B 数据。
v6：补 -smp 2..32 的 A/B 数据；强调 psi_rtpoll_work() 调用频率。

关键实现

最终 hunk（v5/v6）落在 collect_percpu_times() 内、get_recent_times() 之后：

get_recent_times(group, cpu, aggregator, times, &cpu_changed_states);
+ if (!(cpu_changed_states & (1 << PSI_NONIDLE)))
+     continue;
changed_states |= cpu_changed_states;
nonidle = nsecs_to_jiffies(times[PSI_NONIDLE]);

get_recent_times() 只在 PSI_NONIDLE delta 非零时置位，是天然的"非零标记"，无需新状态变量。

类比

老办法像图书馆每周盘点：每类书不管这周有没有新书，都要把书架重新数一遍再算借出率；新办法先翻"本周新书登记本"（cpu_changed_states 位），没新增就直接跳过这一类（continue）。馆藏（CPU 数）越多，省得越多。

+--------------------------+
|   for each possible cpu  |
+--------------------------+
            |
            v
+--------------------------+
|  get_recent_times(...)   |
|   sets PSI_NONIDLE bit   |
+--------------------------+
            |
            v
+--------------------------+
|  test PSI_NONIDLE bit    |
+-----------+--------------+
  bit clear |          bit set
            v              v
    +-----------+   +-----------------------+
    | continue  |   | changed_states |= ... |
    +-----------+   +-----------------------+
                            |
                            v
                  +-----------------------+
                  | nsecs_to_jiffies()    |
                  +-----------------------+
                            |
                            v
                  +-----------------------+
                  | deltas[s] += t[s]*n   |
                  +-----------------------+

Highlight：风险与注意点

假设 get_recent_times() 的 PSI_NONIDLE 置位语义稳定；若日后调整置位条件，skip 可能漏掉真正需要累加的 CPU，回归旧 bug。
v2/v3 把 Johannes 的 "Makes sense + 实现建议" 误标 Reviewed-by，v4 改 Suggested-by 才符合 review tag 的语义（v4 changelog 已明确说明）。
Peter Zijlstra 在 v4 直接要求 benchmark 证据；前几版没数据会被打回，v5/v6 的 A/B 表是入主干的关键。
skip 路径不能影响 changed_states 最终的 OR 结果，否则 psi_rtpoll_work() 的 trigger 行为会变化；当前实现中 changed_states |= cpu_changed_states 仍在 skip 之后执行，行为正确。
用户态监控 agent 是最大受益者，但 -smp 超过物理核时基线本身有调度噪声，v6 数据展示的是"趋势"而非单点最优。

版本变化

v1 → v2：判断条件由 !nonidle 改为 cpu_changed_states 位检查，省掉 nsecs_to_jiffies。
v2 → v3：仅 rebase 重发，逻辑无变化。
v3 → v4：删除 Reviewed-by 改 Suggested-by；commit message 措辞改为 "PSI_NONIDLE delta"。
v4 → v5：精简掉内联注释块（-4 行）+ i7-8700 (6C/12T) 的 4 组 A/B 数据。
v5 → v6：补 -smp 2/4/8/12/16/24/32 的 A/B 数据；明确 psi_rtpoll_work() 调用频率量级（~160 次/s）。

一句话总结

借 get_recent_times() 已设的 PSI_NONIDLE 位作为 zero-delta 标记，让 collect_percpu_times() 直接跳过对加权贡献为 0 的 CPU，在 12 线程以上机器的 /proc/pressure/cpu 读延迟上省 4%-18%，随 CPU 数放大。

[PATCH] sched/psi: Skip CPUs with zero non-idle jiffies in per-cpu aggregation

LLM 分析