O documento descreve algoritmos para contabilidade e escalonamento de interrupções considerando o processo associado. O algoritmo de contabilidade mede o tempo de execução de bottom-halves para ajustar o tempo de sistema cobrado de cada processo. O algoritmo de escalonamento prioriza interrupções associadas a processos de maior prioridade que o processo ativo. Experimentos mostram que as abordagens melhoram o desempenho de processos concorrentes em relação ao kernel Linux padrão.

1. Process-Aware Interrupt
Scheduling and
Accounting
Daniel Carvalho, Gustavo Carvalho, Luiz
Romário e Manoel Neto

2. Tratamento de interrupções geral

3. Process-Aware framework

4. Serviços de Interrupção e
Algoritmos de Contabilidade
● Algoritmo de Contabilidade de Interrupções
○ Algoritmo de compensação baseado no tempo
usado nas interrupções
● Algoritmo de Escalonamento de
Interrupções
○ Escalonamento baseado na prioridade do processo
ativo em relação ao processo que requeriu
interrupção

5. Visão geral do processo de
contabilidade
● Temporizador de Interrupções
○ Um tick de clock está entre 1 - 10ms no Linux x86
● Tempo de execução de um I/O
○ Geralmente menor que 1 tick de clock
○ Para contabilizar corretamente o tempo de
execução, é necessário utilizar instruções que
verifiquem o temporizador em cilcos de CPU (rdtsc
no Linux x86)

6. Algoritmo de Compensação (1)
● Medir o tempo de execução de uma bottom
half
● Medir o número total de interrupções
processadas e o número de interrupções em
nome de cada processo
● Ajuste do tempo de sistema cobrado para
cada processo

7. Algoritmo de Compensação (2)
● t - tempo (clock do sistema)
● N(t) - número de interrupções cujo tempo
total de execução é um tick de clock
● m(t) - número de interrupções processadas
no último tick de clock
● xk
(t) - número de interrupções não
contabilizadas ao processo Pk
.

8. Algoritmo de Compensação (3)

9. Algoritmo de Compensação (4)
Exemplo:

10. Algoritmo de Escalonamento de
Interrupções (1)
● Encontrar os candidatos
● Prever o processo associado com a
interrupção
● Escalonar a metade inferior

11. Algoritmo de Escalonamento de
Interrupções (2)

12. Implementação
● Modificações no kernel Linux;
● Focado em recebimento de pacotes de rede;
● softirqs representa o bottom-half;

14. Implementação do interrupt
accounting algorithm
● Tempo de execução dos bottom-halves são
medidos em cada execução;
● Quanto o socket apropriado é encontrado
pro pacote, o processo correspondente é
conhecido;
● Calcula-se o tempo gasto no bottom-half e
recalcula o timeslice dos processos de
acordo;

15. Implementação do algoritmo de
escalonamento de interrupções
● Implementado na função do_softirq();
● Antes do net_rx_action(), checa-se os
possíveis softirqs, comparando as
prioridades dos seus processos
correspondentes com a do processo atual;
● Executa imediatamente se for mais
prioritário ou aguarda momento apropriado
caso contrário;

16. Experimentos
● Um processo UDP-server recebendo
pacotes rodando concorrentemente com
outro processo CPU-bound em uma
máquina;
● Outro processo UDP-client que envia
pacotes frequentemente em outra máquina;
● Comparação usando kernel Linux-2.6.14 e
sua versão modificada com algoritmos
apresentados;

17. Resultados
(Accounting Algorithm Only)

18. Resultados
(Accounting Algorithm Only)

19. Resultados
(Accounting and Interrupt Scheduling Algorithm)

20. Resultados
(Accounting and Interrupt Scheduling Algorithm)
(Rajadas)

21. Resultados
(Accounting and Interrupt Scheduling Algorithm)

22. Referência
Zhang, Yuting, and Richard West. "Process-Aware Interrupt
Scheduling and Accounting." RTSS. Vol. 6. 2006.