Linux 7.3 专注 x86 架构与调度器:新增 AMD 低功耗核心类型并统一核心类型处理方式

编辑：欧阳逸尘

图片：郑格致

排版：宋清妍

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Linux 内核 7.3 版本的合并窗口已于 8 月 17 日开启。在首个开发周期中，x86 架构与调度器模块迎来多项重要改动，包括为 AMD 即将推出的低功耗核心做好支持准备、统一英特尔与 AMD 的 CPU 核心类型处理机制，以及面向老旧硬件的游戏性能优化和调度延迟改善。

在 x86/cpu 相关代码中，Linux 7.3 引入了新的核心类型 AMDCPUTYPELOWPOWER，用于识别 AMD 即将推出的低功耗 CPU 核心。 此前，Linux 内核只能将这类尚未识别的核心归类为“未知”类型。通过引入专门的低功耗核心类型，内核可以明确区分这类新核心与其他类型核心。

除了新增 AMD 低功耗核心类型，Linux 7.3 对 CPU 核心类型的处理机制进行了统一调整。 此前，英特尔和 AMD 各自使用厂商特定的核心类型编号，内核需要分别针对不同厂商做处理。 在新版本中，内核会将这些厂商特定编号映射到一套通用的 CPU 核心类型体系，减少不同厂商之间的处理差异。

这一调整与此前由 Sashiko AI 机器人发现的代码问题有关。该机器人注意到不同 CPU 厂商的核心类型编号存在差异，容易造成代码理解和处理上的混淆，因此相关开发工作进一步推动了通用核心类型机制的建立。

在 x86/core 模块中，Linux 7.3 合并了一项面向老旧 AMD 处理器的优化。 对于那些支持 SSE（流式 SIMD 扩展）但不支持 SSE2 的 AMD Athlon XP 时代处理器，内核现在可以在实现写内存屏障时使用 SFENCE 指令。

相关代码中还合并了针对 KCFI 的优化，可以改善较老英特尔处理器上的相关处理。 KCFI 即内核控制流完整性（Kernel Control-Flow Integrity），用于限制内核控制流遭到异常修改。

在 MSR（Model Specific Register，型号特定寄存器）接口方面，Linux 7.3 进行了一项结构性调整。 内核将停止使用 32 位 MSR 接口，统一采用 64 位接口，以进一步简化相关代码。 32 位 MSR 接口预计会在 Linux 7.4 开发周期中正式移除，当前版本的调整为这一过渡做好准备。

在调度器层面，Linux 7.3 合并了多项针对性能与行为的改动，其中一项重点工作是面向老旧硬件上的游戏性能。 通过调整 cgroup（控制组）调度机制，改善处理器任务调度。

这组补丁由英特尔工程师 Peter Zijlstra 负责开发，测试平台采用英特尔 Sandy Bridge 处理器搭配 AMD Radeon RX 580 显卡。在该平台上，开发团队通过调整 cgroup 调度机制，并公布了在老旧硬件平台游戏场景中的测试结果，显示该机制具有一定性能改善。

此次调度器改动中的核心工作之一被称为“flatten the pick”。 该机制的目标是解决 cgroup 调度中长期存在的调度行为问题，包括 renice（调整任务优先级）任务处理不当等情况。

新机制引入了多种 cgroup 权重分配模式，包括：

• up 模式
• max 模式
• concur 模式（默认）
• tasks 模式

其中默认的 concur 模式提供更精确的权重分配，同时也会带来更高的处理开销。 相关改动还将 cgroup 调度调整为单一运行队列。开发人员公布的测试结果显示，这套机制在老旧硬件平台上的游戏场景中具有一定性能改善。

Linux 7.3 调度器针对短时间片任务进行了延迟优化。 开发人员 Vincent Guittot 公布的 cyclictest 测试结果显示，相关改动可以显著改善部分调度延迟指标。

针对英特尔混合架构处理器（同时包含性能核心 P 核和能效核心 E 核），Linux 7.3 修复了集群调度中的一个重要问题。 由于 P 核与 E 核性能存在区别，系统需要考虑 CPU 核心之间的非对称算力。此次更新进一步改善了这类处理器上的集群负载均衡。

在 NOHZ（No-Hz）负载均衡机制中，Linux 7.3 调整了核心选择策略。 在负载均衡过程中，内核现在会优先选择完全空闲的 CPU 核心进行负载均衡。 NOHZ 机制允许空闲 CPU 减少周期性时钟中断，从而降低不必要的功耗和处理开销。

总体来看，Linux 7.3 在 x86 架构和调度器方面的更新主要包括：

• 新增 AMD 低功耗核心识别类型，并统一 Intel 与 AMD 的核心类型处理机制；
• 针对旧款 AMD 处理器引入 SFENCE 指令支持优化，并通过 KCFI 改善较旧 Intel 处理器上的相关处理；
• 统一采用 64 位 MSR 接口，准备在后续版本中移除 32 位 MSR 接口；
• 在 cgroup 调度、旧硬件游戏场景表现、短时间片任务调度延迟以及混合架构集群负载均衡方面进行改动；
• 在 NOHZ 负载均衡中优先选择完全空闲核心进行负载均衡。

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