Comprendre les goulots d’étranglements de l’ordonnanceur du noyau Linux

Résumé : Les systèmes d’exploitation modernes font face à deux défis majeurs : assurer des performances évolutives en espace noyau et ordonnancer efficacement les charges sur des processeurs hétérogènes. Cette thèse propose une analyse empirique du noyau Linux. Nous étudions WireGuard, un VPN multithreadé en espace noyau, sous forte charge avec jusqu’à 1000 clients concurrents. Nous mettons en évidence des limitations fondamentales : les implémentations en espace utilisateur sont contraintes par l’interface TUN, tandis que la version noyau souffre d’inefficacités d’ordonnancement. Une instrumentation fine révèle une pathologie inédite, l’Execution Order Inversion (EOI), due à un désalignement entre priorités de threading et dépendances du pipeline. Sa suppression, via des threads noyau alignés, améliore le débit jusqu’à 61 % et réduit la latence de 44,5 %. 

Nous introduisons ensuite HAATool, un framework de benchmark pour processeurs hétérogènes, et évaluons des CPU hybrides Intel de 14e génération sur divers workloads. Les résultats montrent une forte dépendance au type de charge et des interactions complexes entre DVFS et hétérogénéité : schedutil est adapté aux charges interactives, tandis que performance sur P-cores bénéficie aux charges intensives. Nous en déduisons des recommandations pratiques, soulignant la nécessité d’un réglage conjoint de l’ordonnancement, du DVFS et de l’affectation des cœurs, ainsi que des méthodologies reproductibles pour l’étude de systèmes complexes.