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Original:PSI - Pressure Stall Information
Translator:Yang Yang <yang.yang29@zte.com.cn>

PSI——压力阻塞信息

日期:April, 2018
作者:Johannes Weiner <hannes@cmpxchg.org>

当CPU、memory或IO设备处于竞争状态,业务负载会遭受时延毛刺、吞吐量降低, 及面临OOM的风险。

如果没有一种准确的方法度量系统竞争程度,则有两种后果:一种是用户过于节制, 未充分利用系统资源;另一种是过度使用,经常性面临业务中断的风险。

psi特性能够识别和量化资源竞争导致的业务中断,及其对复杂负载乃至整个系统在 时间上的影响。

准确度量因资源不足造成的生产力损失,有助于用户基于硬件调整业务负载,或基 于业务负载配置硬件。

psi能够实时的提供相关信息,因此系统可基于psi实现动态的负载管理。如实施 卸载、迁移、策略性的停止或杀死低优先级或可重启的批处理任务。

psi帮助用户实现硬件资源利用率的最大化。同时无需牺牲业务负载健康度,也无需 面临OOM等造成业务中断的风险。

压力接口

压力信息可通过/proc/pressure/ –cpu、memory、io文件分别获取。

CPU相关信息格式如下:

some avg10=0.00 avg60=0.00 avg300=0.00 total=0

内存和IO相关信息如下:

some avg10=0.00 avg60=0.00 avg300=0.00 total=0 full avg10=0.00 avg60=0.00 avg300=0.00 total=0

some行代表至少有一个任务阻塞于特定资源的时间占比。

full行代表所有非idle任务同时阻塞于特定资源的时间占比。在这种状态下CPU资源 完全被浪费,相对于正常运行,业务负载由于耗费更多时间等待而受到严重影响。

由于此情况严重影响系统性能,因此清楚的识别本情况并与some行所代表的情况区分开, 将有助于分析及提升系统性能。这就是full独立于some行的原因。

avg代表阻塞时间占比(百分比),为最近10秒、60秒、300秒内的均值。这样我们 既可观察到短期事件的影响,也可看到中等及长时间内的趋势。total代表总阻塞 时间(单位微秒),可用于观察时延毛刺,这种毛刺可能在均值中无法体现。

监控压力门限

用户可注册触发器,通过poll()监控资源压力是否超过门限。

触发器定义:指定时间窗口期内累积阻塞时间的最大值。比如可定义500ms内积累 100ms阻塞,即触发一次唤醒事件。

触发器注册方法:用户打开代表特定资源的psi接口文件,写入门限、时间窗口的值。 所打开的文件描述符用于等待事件,可使用select()、poll()、epoll()。 写入信息的格式如下:

<some|full> <stall amount in us> <time window in us>

示例:向/proc/pressure/memory写入”some 150000 1000000”将新增触发器,将在 1秒内至少一个任务阻塞于内存的总时间超过150ms时触发。向/proc/pressure/io写入 “full 50000 1000000”将新增触发器,将在1秒内所有任务都阻塞于io的总时间超过50ms时触发。

触发器可针对多个psi度量值设置,同一个psi度量值可设置多个触发器。每个触发器需要 单独的文件描述符用于轮询,以区分于其他触发器。所以即使对于同一个psi接口文件, 每个触发器也需要单独的调用open()。

监控器在被监控资源进入阻塞状态时启动,在系统退出阻塞状态后停用。系统进入阻塞 状态后,监控psi增长的频率为每监控窗口刷新10次。

内核接受的窗口为500ms~10s,所以监控间隔为50ms~1s。设置窗口下限目的是为了 防止过于频繁的轮询。设置窗口上限的目的是因为窗口过长则无意义,此时查看 psi接口提供的均值即可。

监控器在激活后,至少在跟踪窗口期间将保持活动状态。以避免随着系统进入和退出 阻塞状态,监控器过于频繁的进入和退出活动状态。

用户态通知在监控窗口内会受到速率限制。当对应的文件描述符关闭,触发器会自动注销。

用户态监控器使用示例

#include <errno.h>
#include <fcntl.h>
#include <stdio.h>
#include <poll.h>
#include <string.h>
#include <unistd.h>

/* 监控内存部分阻塞,监控时间窗口为1秒、阻塞门限为150毫秒。*/
int main() {
      const char trig[] = "some 150000 1000000";
      struct pollfd fds;
      int n;

      fds.fd = open("/proc/pressure/memory", O_RDWR | O_NONBLOCK);
      if (fds.fd < 0) {
              printf("/proc/pressure/memory open error: %s\n",
                      strerror(errno));
              return 1;
      }
      fds.events = POLLPRI;

      if (write(fds.fd, trig, strlen(trig) + 1) < 0) {
              printf("/proc/pressure/memory write error: %s\n",
                      strerror(errno));
              return 1;
      }

      printf("waiting for events...\n");
      while (1) {
              n = poll(&fds, 1, -1);
              if (n < 0) {
                      printf("poll error: %s\n", strerror(errno));
                      return 1;
              }
              if (fds.revents & POLLERR) {
                      printf("got POLLERR, event source is gone\n");
                      return 0;
              }
              if (fds.revents & POLLPRI) {
                      printf("event triggered!\n");
              } else {
                      printf("unknown event received: 0x%x\n", fds.revents);
                      return 1;
              }
      }

      return 0;
}

Cgroup2接口

对于CONFIG_CGROUP=y及挂载了cgroup2文件系统的系统,能够获取cgroups内任务的psi。 此场景下cgroupfs挂载点的子目录包含cpu.pressure、memory.pressure、io.pressure文件, 内容格式与/proc/pressure/下的文件相同。

可设置基于cgroup的psi监控器,方法与系统级psi监控器相同。