Роберт Лав - Разработка ядра Linux

Режим ноутбука — это специальная политика обратной записи страниц с целью оптимизации использования батареи и продления срока ее работы. Это делается путем минимизации активности жестких дисков, чтобы они оставались в остановленном состоянии по возможности долго. Конфигурировать этот режим можно с помощью файла /proc/sys/vm/laptop_mode. По умолчанию в этом файле записано значение 0 и режим ноутбука выключен. Запись значения 1 в этот файл позволяет включить режим ноутбука.

В режиме ноутбука существует всего одно изменение в выполнении обратной записи страниц. В дополнение к обратной записи измененных страниц; памяти, когда они становятся достаточно старыми, демон pdflushтакже выполняет и все остальные операции дискового ввода-вывода, записывая все дисковые буферы на диск. Таким образом демон pdflushпользуется тем преимуществом, что диск уже запущен, а также он гарантирует, что в ближайшем будущем диск снова запущен не будет.

Такое поведение имеет смысл, когда параметры dirty_expire_centisecsи dirty_writeback_centisecsустановлены в большие значения, скажем 10 минут. При таких задержках обратной записи диск запускается не часто, а когда он все-таки запускается, то работа в режиме ноутбука гарантирует, что этот момент будет использован с максимальной эффективностью.

Во многих поставках ОС Linux режим ноутбука автоматически включается и выключается, при этом также могут изменяться и другие параметры демона pbflush, когда заряд батареи уменьшается. Такое поведение позволяет получать преимущества от режима ноутбука при работе от батареи и автоматически возвращаться к нормальному поведению, когда машина включается в электрическую сеть.

В ядрах серий до 2.6 работа потоков pdflushвыполнялась двумя другими потоками ядра bdflushи kupdated.

Поток пространства ядра bdflushвыполнял фоновую обратную запись измененных страниц, когда количество доступной памяти становилось достаточно малым. Также был определен ряд пороговых значений, аналогично тому как это делается для демона pdflush. Демон bdflushвозвращался к выполнению с помощью функции wakeup_bdflush(), когда количество свободной памяти становилось меньше этих пороговых значений.

Между демонами bdflushи pdflushсуществует два главных отличия. Первое состоит в том, что демон bdflushбыл всего один, а количество потоков pdflushможет меняться динамически. Об этом более подробно будет рассказано в следующем разделе. Второе отличие состоит в том, что демон bdflushработал с буферами, он записывал на диск измененные буферы. Демон pdflushработает со страницами, он записывает на диск целые измененные страницы памяти. Конечно, страницы памяти могут соответствовать буферам, но единицей ввода-вывода является целая страница памяти, а не один буфер. Это дает преимущество, поскольку работать со страницами памяти проще, чем с буферами, так как страница памяти — более общий и более часто используемый объект.

Так как демон bdflushвыполнял обратную запись, только когда количество свободной памяти очень сильно уменьшалось или количество буферов было очень большим, то был введен поток ядра kupdated, который периодически выполнял обратную запись измененных страниц памяти. Он использовался для целей, аналогичных функции wb_kupdate()демона pdflush.

Потоки bdflushи kupdatedи их функциональность сейчас заменены потоками pdflush.

Один из главных недостатков решения на основе демона bdflushсостоит в том, что демон bdflushимел всего один поток выполнения. Это приводило к возможности зависания демона при большом количестве операций обратной записи, когда один поток демона bdflushблокировался на очереди запросов ввода-вывода перегруженного устройства, в то время как очереди запросов других устройств могли быть в этот момент сравнительно свободными. Если система имеет несколько дисков и соответствующую процессорную мощность, то ядро должно иметь возможность загрузить работой все диски. К сожалению, даже при большом количестве данных, для которых необходима обратная запись, демон bdflushможет оказаться загруженным работой с одной очередью и не сможет поддерживать все диски в нагруженном состоянии. Это происходит потому, что пропускная способность диском конечна и, к несчастью, очень низкая. Если только один поток выполняет обратную запись страниц, то он может проводить много времени в ожидании одного диска, так как пропускная способность диска ограничена. Для облегчения этой ситуации ядру необходима многопоточная обратная запись. В таком случае ни одна очередь запросов не может стать узким местом.

В ядрах серии 2.6 эта проблема решается путем введения нескольких потоков pdflush. Каждый поток самостоятельно выполняет обратную запись страниц памяти на диск, что позволяет различным потокам pdflushработать с разными очередями запросов устройств.

Количество потоков изменяется в процессе работы системы в соответствии с простым алгоритмом. Если все существующие потоки pdflushоказываются занятыми в течение одной секунды, то создается новый поток pdflush. Общее количество потоков не может превышать значения константы MAX_PDFLUSH_THREADS, которая по умолчанию равна 8. И наоборот, если поток pdflush находился в состоянии ожидания больше одной секунды, то он уничтожается. Минимальное количество потоков равно, по крайней мере, значению константы MIN_PDFLUSH_THREADS,что по умолчанию соответствует 2. Таким образом, количество потоков pdflushизменяется динамически в зависимости от количества страниц, для которых необходима обратная запись, и загруженности этих потоков. Если все потоки pdflushзаняты обратной записью, то создается новый поток. Это гарантирует, что ни одна из очередей запросов устройств не будет перегружена, в то время как другие очереди устройств не так загружены и в них тоже можно выполнять обратную запись. Если перегрузка предотвращается, то количество потоков pdflushуменьшается, чтобы освободить память.

Всё это хорошо, но что если все потоки pdflushзависнут в ожидании записи в одну и ту же перегруженную очередь? В этом случае производительность нескольких потоков pdflushне будет выше производительности одного потока, а количество занятой памяти станет значительно большим. Чтобы уменьшить такой эффект, для потоков pdflushреализован алгоритм предотвращения зависания (congestion avoidance). Потоки активно начинают обратную запись страниц для тех очередей, которые не перегружены. В результате потоки pdflushраспределяют свою работу по разным очередям и воздерживаются от записи в перегруженную очередь. Когда все потоки pdflushзаняты работой и запускается новый поток, то это означает, что они действительно заняты.