Linux超线程感知的调度算法研究

3 性能测试

Linux-2.6.0 HT-aware scheduler patch实现了上述超线程调度优化。这里根据linux-2.6.0 HT-aware scheduler patch对这几种调度优化进行了性能测试。

测试硬件环境：Xeon 2.2GHz处理器(支持超线程)×4，2GB SDRAM内存。

Benchmark：(1)Volanomark是一个纯Java的benchmark，专门用于测试系统调度器和线程环境的综合性能。它建立一个模拟Client/Server方式的Java聊天室，通过获取每秒平均发送的消息数来评测宿主机综合性能(数值越大性能越好)。Volanomark测试与Java虚拟机平台相关，本文使用Sun Java SDK 1.4.2作为测试用Java平台，Volanomark版本2.5.0.9。(2)LMBench是一个用于评价系统综合性能的多平台开源benchmark，对其进行修改后实现了lat_thread_ctx接口，用来测试线程的切换开销。

图4表明开启超线程后Volanomark在Linux-2.6.0平台下平均吞吐量提高了25.5％。由于Linux的O(1)内核调度器比较好地实现了SMP负载均衡算法，所以在超线程环境下整个系统的性能也有了比较好的提升。

图5显示出Linux在进行了超线程调度优化后，在支持超线程的平台上所获得的性能加速比。在Linux-2.6.0加入HT-aware scheduler patch后Volanomark的平均吞吐提高了 8.5％，分别实现主动负载均衡、被动的负载均衡、CPU唤醒和任务挑选的相关代码后，吞吐量分别提高了1.8.%、2.5%、2.3%和2.1％。




使用Lmbench创建10~150个线程，在不同的负载条件下测试线程的切换开销。表1的数据显示HT-aware scheduler patch可以将线程的切换开销减少3%～7%。数据显示：在轻负载情况下，系统可以获得更多的加速比。这是因为被动的负载均衡以及主动的负载均衡只有在系统有CPU空闲时才能发挥比较好的作用。


4 相关工作和展望

采用支持超线程技术的Linux可以获得较大的性能提升。但是其调度算法还要根据实际的应用进一步研究。参考文献[7]中提出了用"Symbiosis"概念来衡量多个线程在SMT环境中同时执行的有效性。参考文献[8]中提出了线程敏感的调度算法，用一组硬件性能计数器计算两个逻辑CPU上运行不同作业子集的执行信息，利用这些信息来预测不同作业子集的执行性能，并选择具有最好预测性能的作业子集调度同一个物理CPU执行。参考文献[9]中主要研究了适合SMT 结构并考虑作业优先级的调度器。研究结果表明，这些调度算法能有效地提高超线程系统的性能。

Intel的超线程技术是其企业产品线中的重要特征，并将会集成到越来越多的产品中，它标志着Intel微处理器一个新的时代：从指令级并行到线程级并行，这样可使微处理器运行模式与多线程应用的运行模式更加接近，应用程序可以充分利用线程级并行和指令级并行进行优化。随着超线程处理器的发展，可能会出现操作系统使用处理器系统中硬件性能监视器估算系统在某一时间段的某些性能指标，然后利用这些性能指标来指导线程的调度策略。