No complexo universo da otimização de sistemas Linux, entender o comportamento do scheduler (escalonador de processos) é fundamental para extrair o máximo desempenho. Pensando nisso, Chris Mason, renomado desenvolvedor do Kernel Linux e criador do Btrfs, anunciou o lançamento do rsched, uma nova ferramenta poderosa que promete revolucionar o monitoramento das métricas do escalonador de processos.
Escrita em Rust e utilizando a tecnologia de ponta BPF (Berkeley Packet Filter), o rsched é projetado para fornecer uma visão rápida e abrangente sobre o desempenho do scheduler, ajudando a identificar gargalos e a decidir se o escalonador é o culpado por problemas de performance. Longe de ser uma ferramenta para análise profunda como systing ou wprof, seu objetivo é ser um companheiro rápido, similar a vmstat ou top, mas com foco exclusivo no comportamento do escalonador.
Este artigo faz uma análise aprofundada do rsched, explorando sua tecnologia, as métricas cruciais que ele coleta e, mais importante, utilizando exemplos práticos de execução (comparando um kernel mais lento com um otimizado) para demonstrar como essa ferramenta pode ser um divisor de águas para administradores de sistemas, desenvolvedores de kernel e engenheiros de desempenho.
O que é rsched e por que ele é vital para o monitoramento do kernel?
Rsched: seu guia rápido para o scheduler do Linux
O rsched foi criado para oferecer uma visão ampla e rápida das métricas do escalonador de processos do Kernel Linux. Seu objetivo é simples e direto: permitir que o usuário decida rapidamente se o scheduler é o responsável por um problema de desempenho e, possivelmente, identificar a parte específica do problema.
Diferente de ferramentas como systing (análise aprofundada) ou wprof (profiling detalhado), o rsched atua como um diagnóstico rápido, à semelhança de um vmstat ou top, mas voltado ao comportamento do escalonador.
Tecnologia de ponta: Rust e BPF
O rsched é escrito em Rust, uma linguagem moderna que vem sendo integrada ao desenvolvimento do kernel devido à sua segurança de memória, desempenho elevado e confiabilidade.
Além disso, utiliza o BPF (Berkeley Packet Filter) — mais especificamente o eBPF —, tecnologia que permite executar programas seguros diretamente no kernel sem precisar modificá-lo. O BPF coleta tracepoints do scheduler e performance counters, com overhead mínimo, tornando o rsched ideal para monitoramento de kernel em produção.
Essa combinação de Rust + BPF entrega uma ferramenta rápida, segura e altamente observável — um diferencial para quem precisa de diagnóstico confiável com agilidade.
Pré-requisitos e instalação
Para utilizar o rsched, os seguintes requisitos devem estar atendidos:
- Kernel Linux 5.4 ou superior com suporte a BPF.
- Ambiente de desenvolvimento Rust (instalado via
rustup). - Arquivos de desenvolvimento da libbpf.
- Permissões de root para execução dos programas BPF.
Instalação básica:
git clone https://github.com/facebookexperimental/rsched
cd rsched
cargo build --releaseSe o arquivo vmlinux.h estiver desatualizado, será necessário regenerá-lo para garantir compatibilidade com seu kernel atual.
Métricas essenciais do scheduler: o que o rsched monitora
Per-process scheduling delays (atrasos de agendamento por processo)
Esses dados mostram quanto tempo um processo espera na fila (runqueue) antes de ser escalonado para execução.
Métricas coletadas:
- p50/p90/p99: percentis de latência (μs).
- COUNT: número de eventos capturados.
Exemplo de saída:
=== Per-Process Scheduling Delays (microseconds) ===
Very Low (<10μs) (1028 entries):
PID COMMAND p50 p90 p99 COUNT
35886 schbench-worker 5 9 9 35133Por que importa: ajuda a diagnosticar se há processos com longos tempos de espera, sugerindo sobrecarga ou problemas no escalonador.
Per-process time slice statistics (estatísticas de fatia de tempo)
Mede o tempo que os processos rodam antes de serem preemptados ou cederem a CPU.
Métricas:
- INVOL_COUNT: preempções forçadas.
- VOLUNTARY e PREEMPTED (p50/p90): tempo até troca de contexto voluntária ou involuntária.
- PREEMPT%: porcentagem de preempções.
Exemplo:
=== Per-Process Time Slice Statistics (microseconds) ===
PID COMMAND INVOL_COUNT VOLUNTARY(p50/p90) PREEMPTED(p50/p90) PREEMPT%
35027 schbench-msg 101 - 95889/123483 100.0%Importância: alto PREEMPT% pode indicar que o processo está sendo interrompido constantemente, sinalizando contenção.
Per-process sleep duration statistics (duração de sono por processo)
Quantifica quanto tempo os processos dormem entre eventos sched_switch e sched_wakeup.
Exemplo:
=== Per-Process Sleep Duration Statistics (microseconds) ===
PID COMMAND p50 p90 p99 COUNT
35173 schbench-worker 599 939 1015 26744Utilidade: revela se há dormências excessivas ou insuficientes, úteis para ajustar timers e eficiência.
Per-process runqueue depth statistics
Mostra a profundidade da fila de execução (runqueue) no momento do despertar do processo.
Exemplo:
=== Per-Process Runqueue Depth Statistics (nr_running at wakeup) ===
PID COMMAND p50 p90 p99 COUNT
35886 schbench-worker 1 1 1 70704Análise: profundidades maiores indicam maior concorrência na CPU, podendo causar lentidão.
System-wide schedstat metrics
São métricas de escalonamento global extraídas do schedstat, que mostram comportamentos como balanceamento de carga, wakeups remotos, etc.
Exemplo:
=== System-wide Schedstat Metrics (deltas) ===
lb_balance_newly_idle 3944496
ttwu_wake_remote 37738806Interpretação: valores altos podem indicar ineficiências no balanceamento de carga entre CPUs.
CPU performance metrics
Mede o desempenho global e por processo da CPU, com base nos contadores de performance (perf).
Exemplo:
=== CPU Performance Metrics ===
User 5301.3M cycles/sec (IPC: 0.23)
Kernel 23514.0M cycles/sec (IPC: 1.20)Insight: baixa IPC (instruções por ciclo) pode sugerir ineficiência na utilização da CPU.
Rsched em ação: analisando um benchmark schbench
O cenário do benchmark schbench
O schbench é uma ferramenta para benchmark de escalonador, simulando cargas reais e medindo respostas de scheduling.
Comando utilizado:
sudo ./target/release/rsched -m -i 10 --schedstat -c schbench -CAnálise da execução lenta (v6.15-rc2)
- Scheduling Delays: schbench-msg apresenta p99 = 110μs, superior ao ideal.
- Time Slice: schbench-msg tem PREEMPT% = 100%, sempre preemptado.
- Sleep Duration: schbench principal com p50 = 0.75s, dormência excessiva.
- Schedstat: altos valores de
lb_balance_newly_idle,ttwu_wake_remote. - IPC: Kernel IPC = 1.20.
Conclusão: balanceamento excessivo e acordamentos remotos prejudicam o desempenho do scheduler.
Análise da execução rápida (v6.16-rc2 + fix)
- Scheduling Delays: schbench-msg melhora (p99 = 100μs).
- Schedstat:
lb_balance_newly_idlereduzido de 3.9M para 27K. - CPU Metrics: Kernel IPC sobe para 1.40.
Resultado: o fix reduz dramaticamente overheads, tornando o scheduler mais eficiente.
Como usar o rsched e interpretar os resultados
Comandos básicos e opções
sudo ./target/release/rsched [OPTIONS]Principais opções:
-m: mostra métricas de CPU (cycles, IPC).-i 10: intervalo de coleta em segundos.--schedstat: habilita métricasschedstat.-c schbench: filtra por comando.-C: não agrupa por nome de processo.-w: rastreiasched_waking(maior overhead).
Interpretando o output
- Latência alta (p99): indica possível gargalo no agendamento.
- PREEMPT% elevado: sugere preempções excessivas.
- Runqueue depth alto: mostra sobrecarga de CPU.
- Wakeups remotos e rebalanceamentos altos: apontam para ineficiência do scheduler.
Dicas de performance
- Modo padrão: overhead mínimo.
- Evitar
-wem produção, exceto se necessário.
Conclusão: rsched – um novo nível de observabilidade para o Kernel Linux
O rsched, criado por Chris Mason, é uma adição poderosa ao arsenal de ferramentas de observabilidade do Kernel Linux. Combinando Rust e BPF, ele oferece uma visão rápida, confiável e detalhada do comportamento do scheduler, permitindo que administradores de sistemas, engenheiros de desempenho e desenvolvedores de kernel diagnostiquem gargalos de forma precisa e com mínimo impacto.
Para quem busca performance de verdade no Linux, o rsched é uma ferramenta obrigatória. Experimente, analise e otimize — e continue acompanhando o SempreUpdate para mais análises sobre Rust, BPF, Kernel Linux e ferramentas de alto impacto para o ecossistema Linux.
