3.12. リアルタイムのスロットリング

リアルタイムスケジューリングの問題

Red Hat Enterprise Linux for Real Time の 2 つのリアルタイムスケジューリングポリシーには、主要な特性が 1 つあります。これらは、優先度の高いスレッドによってプリエンプティブされるか、スリープまたは I/O を実行することによって「待機」するまで、実行される特性です。SCHED_RR の場合、同等の SCHED_RR 優先度の別のスレッドを実行できるように、スレッドがオペレーティングシステムによってプリエンプティブされる可能性があります。このようないずれの場合も、POSIX 仕様では、優先度の低いスレッドが CPU 時間を取得できるようにするポリシーを定義するプロビジョニングはありません。

リアルタイムスレッドのこの特性は、特定の CPU の 100% を独占するアプリケーションの作成が非常に簡単であることを意味します。一見、これは良い考えであるように見えますが、実際にはオペレーティングシステムに多くの問題を引き起こします。OS は、システム全体のリソースと CPU ごとのリソースを管理し、定期的にこれらのリソースを記述するデータ構造を調べ、ハウスキーピングアクティビティーを実行する必要があります。コアが SCHED_FIFO スレッドにより単調化されると、ハウスキーピングタスクを実行できず、最終的にシステム全体が不安定になり、クラッシュする可能性があります。
Red Hat Enterprise Linux for Real Time カーネルでは、割り込みハンドラーは SCHED_FIFO 優先度のスレッド (デフォルト: 50) として実行されます。cpu-hog スレッドが割り込みハンドラースレッドよりも大きいか、SCHED_FIFO または SCHED_RR ポリシーが高いと、割り込みハンドラーの実行を防ぎ、割り込みによるシグナルを受けるデータを待つプログラムが不足し、失敗します。
リアルタイムスケジューラーのスロットリング

Red Hat Enterprise Linux for Real Time には、システム管理者がリアルタイムタスクで使用できる帯域幅を割り当てる安全なメカニズムが含まれています。この安全なメカニズムは real-time scheduler throttling として知られ、/proc ファイルシステムの 2 つのパラメーターとして制御されます。

/proc/sys/kernel/sched_rt_period_us
CPU 帯域幅の 100% と見なされる μ (マイクロ秒) の期間を定義します。デフォルト値は、1,000,000 μs (1 秒)です。期間の値の変更は、期間が長すぎるか、または小さすぎると、非常に大きな影響を及ぼす必要があります。
/proc/sys/kernel/sched_rt_runtime_us
すべてのリアルタイムタスクで利用可能な合計帯域幅。デフォルト値は 950,000 μs (0.95 秒)、つまり CPU 帯域幅の 95% です。値を -1 に設定すると、リアルタイムタスクで CPU 時刻が 100% になる可能性があることを意味します。これは、リアルタイムタスクが良好で、無制限のポーリングループなどの明確な注意がない場合にのみ適切です。
リアルタイムスロットリングメカニズムのデフォルト値は、リアルタイムタスクで使用 できる CPU 時間の 95% を定義します。残りの 5% がリアルタイム以外のタスク (実行中のタスク SCHED_OTHER および同様のスケジュールポリシーで実行されるタスク) に割り当てられます。1 つのリアルタイムタスクが CPU タイムスロットの 95% を占有している場合、その CPU 上の残りのリアルタイムタスクは実行されないことに注意してください。CPU 時間の残りの 5% は、リアルタイム以外のタスクでのみ使用されます。
デフォルト値の影響は 2 倍です。リアルタイム以外のタスクの実行を許可しないことで、不正なリアルタイムタスクがシステムをロックしません。一方、リアルタイムタスクには最大 95% の CPU 時間がパフォーマンスに影響する可能性があります。

RT_RUNTIME_GREED 機能

Real Time スロットリングメカニズムは、システムをハングさせるリアルタイムタスクを回避するために機能しますが、上級ユーザーは、リアルタイム以外のタスクでリソースが不足していなくてもリアルタイムタスクを継続できるようにしたいかもしれません。つまり、システムがアイドル状態になるのを回避することも可能です。
有効にすると、リアルタイムタスクがスロットリングされる前にリアルタイム以外のタスクが枯渇しているかどうかを確認します。リアルタイムタスクがスロットリングされた場合は、システムがアイドル状態になった時点、または次の期間が開始される時点ですぐにスロットリングが解除されます。
以下のコマンドで RT_RUNTIME_GREED を有効化します。 
# echo RT_RUNTIME_GREED > /sys/kernel/debug/sched_features
すべての CPU が同じ rt_runtime を持つようにするには、NO_RT_RUNTIME_SHARE ロジックを無効にします。 
# echo NO_RT_RUNTIME_SHARE > /sys/kernel/debug/sched_features
上記 2 つのオプションを設定すると、リアルタイムタスクをできる限り実行しつつ、すべての CPU の非 rt-task に対してランタイムを保証します。
リファレンス

kernel-rt-doc パッケージで利用可能なカーネルのドキュメントから、以下を行います。

  • /usr/share/doc/kernel-rt-doc-3.10.0/Documentation/scheduler/sched-rt-group.txt