lb_simple

lb_simple 是一个基于 sched_ext + eBPF 的 LD_PRELOAD 动态库。
当前版本重点实现了“调度器协作锁（scheduler-cooperative lock）”：用户态互斥锁竞争与解锁让渡会主动向 BPF 调度器上报信息，调度器再按锁维度进行快速路由与 handoff。

当前功能

• LD_PRELOAD hook：
  • pthread_mutex_init/destroy/lock/trylock/unlock
  • pthread_cond_init/destroy/wait/timedwait/signal/broadcast
• 用户态锁实现：
  • SpinparkLock（TTAS + 自旋 + sched_yield）
  • 锁状态机：UNLOCKED(0) / LOCKED(1) / QUEUED(2)
  • 每把锁可绑定一个 VIP DSQ（最多 4096 个）
• 调度器协作路径（src/mutex_hook.rs + src/bpf/main.bpf.c）：
  • 竞争线程上报 YIELD_LOCK_CONTENTION + vip_dsq_id
  • lb_simple_enqueue() 将该线程放入对应 VIP DSQ
  • 解锁线程在有等待者时上报 YIELD_LOCK_HANDOFF
  • lb_simple_yield() / lb_simple_dispatch() 尝试把对应 VIP DSQ 任务快速拉到本地 CPU 运行队列
• 退出统计：
  • lock_acquire
  • contention_yield
  • requeue_yield
  • handoff_yield
  • fallback_yield
  • handoff_taken
  • handoff_miss

核心文件

• src/mutex_hook.rs：pthread hook、用户态锁/条件变量、TLS yield 信息上报
• src/bpf/main.bpf.c：sched_ext yield/enqueue/dispatch 与 VIP DSQ 路由
• src/bpf/intf.h：用户态与 BPF 共享常量和结构体
• src/lib.rs：动态库加载时初始化/附加调度器，退出时输出统计

系统要求

• Linux 内核支持 sched_ext（建议 6.6+）
• Rust 工具链（edition 2024）
• libbpf 开发环境
• root 权限（加载 eBPF 程序需要）

构建

cargo build --release

输出动态库：target/release/liblb_simple.so

使用方法

该项目当前是 cdylib 形态，不是独立命令行可执行程序。
使用方式是把目标进程放在 LD_PRELOAD 下运行：

sudo LD_PRELOAD="$PWD/target/release/liblb_simple.so" <命令> [参数...]

示例：

sudo LD_PRELOAD="$PWD/target/release/liblb_simple.so" taskset -c 0 \
  ~/test/test/leveldb/build/db_bench \
  --benchmarks=readrandom --threads=80 --num=50000

协作锁流程（简版）

1. 线程尝试 pthread_mutex_lock，若竞争失败并达到 park 条件：
   • 写入 TLS task_yield_info { reason=YIELD_LOCK_CONTENTION, vip_dsq_id }
   • 调用 sched_yield()
2. BPF lb_simple_yield() 读取线程上报信息，记录到 yield_addr_map
3. 线程再次入队时，lb_simple_enqueue() 将其导入对应 VIP DSQ
4. 持锁线程 pthread_mutex_unlock 发现有等待者：
   • 设置 handoff 标记
   • 上报 YIELD_LOCK_HANDOFF 并 sched_yield()
5. BPF 优先 scx_bpf_dsq_move_to_local(vip_dsq)，失败则通过 per-cpu hint 在 dispatch 重试

限制与注意事项

• 仅实现了当前项目内的自定义 pthread hook 语义，不等价于 glibc futex 路径
• pthread_mutexattr_t / pthread_condattr_t 目前未使用（传入后被忽略）
• VIP DSQ 槽位上限为 4096；超出后走 sched_yield fallback 路径
• 若线程未成功注册 yield_addr_map，协作能力会退化为普通让出 CPU

开发环境辅助脚本

gen-compile-commands.sh

生成 compile_commands.json，用于 IDE/clangd 理解 BPF C 编译参数。

./gen-compile-commands.sh

update-clangd.sh

更新 .clangd，补齐 BPF 目标和头文件路径配置。

./update-clangd.sh

首次使用以上脚本前，先执行一次 cargo build。