Linux 7.3 cập nhật hỗ trợ nhân tiết kiệm điện AMD và chuẩn hóa kiến trúc CPU

Theo tin từ IT ngày 22 tháng 8, cửa sổ hợp nhất (merge window) cho nhân Linux 7.3 đã chính thức mở vào ngày 17 tháng 8. Trong tuần phát triển đầu tiên, kiến trúc x86 và bộ lập lịch (scheduler) đã đón nhận nhiều cập nhật quan trọng, bao gồm việc chuẩn bị cho các nhân tiết kiệm điện năng sắp ra mắt của AMD, thống nhất cách xử lý loại nhân CPU giữa Intel và AMD, cũng như tối ưu hóa đáng kể hiệu năng chơi game trên các phần cứng cũ.

Ví dụ, nhân Linux 7.3 đã hợp nhất hỗ trợ cho loại nhân CPU "tiết kiệm điện năng" mới của AMD, đồng thời thống nhất phương thức xử lý các loại nhân CPU khác nhau giữa Intel và AMD, cùng với đó là nhiều cải tiến bộ lập lịch tập trung vào hiệu năng chơi game, bộ xử lý kiến trúc lai và độ trễ lập lịch.

Mã nguồn liên quan đến x86/cpu của Linux 7.3 đã được đưa vào cửa sổ hợp nhất, trong đó bổ sung loại AMD_CPU_TYPE_LOW_POWER để nhận diện các nhân CPU tiết kiệm điện năng sắp ra mắt của AMD. Trước đây, Linux chỉ có thể phân loại các nhân chưa xác định này vào nhóm "không xác định" (unknown).

Ngoài việc bổ sung loại nhân AMD mới, Linux 7.3 còn thống nhất cơ chế xử lý loại nhân CPU. Trước đây, Intel và AMD sử dụng các mã định danh loại nhân riêng của từng hãng, nhưng giờ đây Linux sẽ ánh xạ các loại đặc thù này sang loại nhân CPU chung, từ đó giảm thiểu sự khác biệt trong xử lý giữa các nhà sản xuất.

Điều chỉnh này liên quan đến một vấn đề mã nguồn được phát hiện bởi robot Sashiko AI. Robot này lưu ý rằng mã định danh loại nhân của các nhà sản xuất CPU khác nhau có sự khác biệt, dễ gây nhầm lẫn trong việc hiểu và xử lý mã, do đó công việc phát triển liên quan đã thúc đẩy việc thiết lập cơ chế loại nhân chung.

Phần x86/core của Linux 7.3 cũng hợp nhất một tối ưu hóa cho các bộ xử lý AMD cũ. Đối với các bộ xử lý thời AMD Athlon XP hỗ trợ SSE nhưng không hỗ trợ SSE2, nhân hệ điều hành hiện có thể sử dụng lệnh SFENCE trong mã rào cản bộ nhớ (memory barrier).

IT lưu ý rằng mã nguồn liên quan cũng bổ sung một tối ưu hóa KCFI, giúp cải thiện việc xử lý trên các bộ xử lý Intel cũ hơn. KCFI (Kernel Control-Flow Integrity - Tính toàn vẹn luồng điều khiển nhân) được sử dụng để hạn chế việc luồng điều khiển nhân bị sửa đổi bất thường.

Linux 7.3 cũng thực hiện các điều chỉnh đối với giao diện MSR (Model Specific Register). Nhân hệ điều hành sẽ ngừng sử dụng giao diện MSR 32-bit và chuyển sang thống nhất sử dụng giao diện 64-bit để đơn giản hóa mã nguồn. Giao diện MSR 32-bit dự kiến sẽ bị loại bỏ chính thức trong chu kỳ phát triển Linux 7.4.

Về bộ lập lịch, Linux 7.3 cũng hợp nhất nhiều cải tiến. Một trong những trọng tâm là hiệu năng chơi game trên phần cứng cũ, thông qua việc điều chỉnh cơ chế lập lịch cgroup để cải thiện việc lập lịch tác vụ bộ xử lý.

Nhóm bản vá này do kỹ sư Peter Zijlstra của Intel phụ trách, với nền tảng thử nghiệm sử dụng bộ xử lý Intel Sandy Bridge kết hợp với card đồ họa AMD Radeon RX 580. Các nhà phát triển đã cải thiện cách phân bổ trọng số tác vụ và phương thức xử lý hàng đợi chạy (runqueue) bằng cách điều chỉnh cơ chế lập lịch cgroup.

Công việc này được gọi là "flatten the pick", với một trong những mục tiêu là giải quyết các vấn đề hành vi lập lịch tồn tại lâu nay trong cgroup, bao gồm cả việc xử lý sai các tác vụ renice. Cơ chế mới cung cấp các chế độ phân bổ trọng số cgroup như up, max, concur và tasks, trong đó chế độ concur được sử dụng mặc định để đạt được sự phân bổ trọng số chính xác hơn, mặc dù sẽ đi kèm với chi phí xử lý cao hơn.

Các thay đổi liên quan cũng điều chỉnh việc lập lịch cgroup thành hàng đợi chạy đơn. Kết quả thử nghiệm do các nhà phát triển công bố cho thấy cơ chế này mang lại hiệu năng cải thiện nhất định trong các kịch bản chơi game trên nền tảng phần cứng cũ.

Bộ lập lịch Linux 7.3 cũng giảm độ trễ lập lịch cho các tác vụ có lát cắt thời gian (time slice) ngắn. Kết quả thử nghiệm cyclictest do nhà phát triển Vincent Guittot công bố cho thấy các thay đổi liên quan có thể cải thiện đáng kể một số chỉ số độ trễ lập lịch.

Đối với bộ xử lý kiến trúc lai của Intel, Linux 7.3 cũng sửa một vấn đề quan trọng trong lập lịch cụm (cluster scheduling). Do sự khác biệt về hiệu năng giữa nhân P (P-core) và nhân E (E-core), hệ thống cần xem xét năng lực tính toán không đối xứng giữa các nhân CPU. Bản cập nhật này cải thiện hơn nữa việc cân bằng tải cụm trên các loại bộ xử lý này.

Ngoài ra, trong quá trình cân bằng tải NOHZ, Linux 7.3 hiện sẽ ưu tiên chọn các nhân CPU hoàn toàn rảnh rỗi để cân bằng tải nhằm cải thiện hơn nữa việc phân bổ tác vụ. Cơ chế NOHZ cho phép CPU rảnh rỗi giảm bớt các ngắt đồng hồ định kỳ, từ đó giảm tiêu thụ điện năng và chi phí xử lý không cần thiết.