linux内核的preempt抢占调度,preempt_count抢占保护“锁”

抢断调度,是调度机制对实时系统需要的支持,是一种快速响应的重调度机制。既然与重调度有关,那么就先回顾一下调度和重调度。

调度分两种情况,
1. 一种是自愿调度,由代码主动调用schedule来让度cpu,例如sleep,mutex,sema等阻塞等待。另外,当一个进程(或线程)走到尽头(do_exit)时,也会调用schedule,但是却永远不再恢复执行了,否则就是BUG了。
2. 另一种是重调度,非自愿的。当前线程被设置重调度后,当有中断发生或系统调用时,在entry.S的返回路径上就会被动调用schedule。而抢断调度,也是重调度,却不必等待到中断发生或系统调用,在处理结束后离开entry.S才进行调度。而是在离开抢断临界区就马上进行调度。

一般地,在自愿调度之前,当前线程都会将自身的task_struct挂接在某一等待队列上,如wait_queue_t。并且将自身的state设置为INTERRPUTABLE或UNINTERRUTABLE(允许信号唤醒或不允许),最后才调用schedule。在这种情况下,schedule的执行会将当前的task_struct移除出它所在的运行队列。
而重调度或都抢断的重调度,schedule是不会将当前的task_struct移除出它所在运行队列。

重调度分两步:
1. 将当前运行线程的设置为TIF_NEED_RESCHED,当前线程可能在抢断保护的临界区中。通常wakeup的目标线程在当前cpu上,则设置可以直接设置重调度。
2. a. 当离开抢断保护的临界区,马上检查是否需要重调度,是否立即进行调度。
    b. 中断处理结束,软中断处理结束,或系统调用结束,恢复到原来的代码之前,进行重调度。

简单地说:
先在某处调用resched_curr对当前线程所在的调度策略的队列进行重调度的评判,可以则标记需要重调度,但并不进行实质的调用。
当要切换上下文,如中断处理结束,系统调用结束时,再调用schedule进行实质的调度工作 。
或者直接在离开抢断保护的临界区就马上调用preempt_schedule进行调度。

我们熟知的wakeup以及时间片轮转调度实际就是调用resched_curr。

resched_curr 重调度当前cpu的某一调度策略的运行队列
有三步工作:
1. 当前线程是否已经设为重调度
2. 重调度的目标的运行队列所属cpu是否也当前运行的cpu?
    如果是则进行下面两步:
      a. 设置重调度标记 TIF_NEED_RESCHED
      b. 向当前CPU的preempt_count设置重调度 PREEMPT_NEED_RESCHED。
3. 向远端CPU发送重调度IPI(Inter-processor interrupt)。

抢断保护“锁”,是一个保护临界区内不被重调度需求而抢断进行调度。这个锁独立保护每一个cpu(当前运行的线程),而不是保护线程并发临界区。它是可递归,没有竞争状态,不会阻塞,不存在竞态条件。每一个cpu都有一个抢断保护锁。这个锁只是一个32位名为__preempt_count整形变量。它为中断,软中断,普通抢断保护提供嵌套深度,同时也用作为软中断锁,保护软中断处理不递归进入。中断处理,软中断处理同样是抢断保护的临界区,不允许被重调度抢断。

抢断保护"锁",除了保护了临界区不被重调度推断外,同时也为快速响应重调度提供了响应的时机,那就是抢断临界区离开的时候。因为entry.S上对重调度的响应,往往是被动的,必须等待有中断发生或系统调用等不确定的事件,使内核经过entry.S并离开时才会响应重调度。而抢断调度则是代码在离开临界区的时候主动去响应重调度。如果没有了抢断保护锁__preempt_count,代码就不清楚什么时候才合适去响应重调度。只好被动延后到经过entry.S,从而不能及时最快地去响应重调度。

抢断调度,由函数preempt_schedule进行,必须主动调用。这个函数嵌入到了每一处离开抢断临界区的代码中,比如内核无处不在的同步锁释放,spin_unlock, rwlock_unlock, rcu_read_unlock, spin_trylock, 以及pagefault_enable等。这些函数都会嵌入preempt_enable。

在抢占调度中,CPU的__preempt_count被设置PREEMPT_ACTIVE 用来提示 __schedule() ,我们是从preempt path 进来的。PREEMPT_ACTIVE 用来保护重调度不嵌套抢断。当前被抢断的线程在恢复运行之前,运行在当前cpu的其它线程不可以再进行抢断。

这里必须要清楚这样一个事实,软件中断保护锁也是在使用抢断保护锁,当离开软中断处理的同时,也等同于离开一层抢断临界区,这时只要不存在嵌套临界区的话,就可以进行抢断调试。__local_bh_enable_ip嵌入了preempt_check_enable。

时间: 2024-10-24 10:43:44

linux内核的preempt抢占调度,preempt_count抢占保护“锁”的相关文章

Linux内核——进程管理与调度

进程的管理与调度 进程管理 进程描述符及任务结构 进程存放在叫做任务队列(tasklist)的双向循环链表中.链表中的每一项包含一个具体进程的所有信息,类型为task_struct,称为进程描述符(process descriptor),该结构定义在<linux/sched.h>文件中. Linux通过slab分配器分配task_struct结构,这样能达到对象复用和缓存着色(cache coloring)的目的.另一方面,为了避免使用额外的寄存器存储专门记录,让像x86这样寄存器较少的硬件体

Linux内核系列—操作系统开发之进入32位保护模式

源码如下: ; ========================================== ; pmtest1.asm ; 编译方法:nasm pmtest1.asm -o pmtest1.bin ; ========================================== %include "pm.inc" ; 常量, 宏, 以及一些说明 org 07c00h jmp LABEL_BEGIN [SECTION .gdt] ; GDT ; 段基址, 段界限 , 属

Linux用户抢占和内核抢占详解(概念, 实现和触发时机)--Linux进程的管理与调度(二十)

1 非抢占式和可抢占式内核 为了简化问题,我使用嵌入式实时系统uC/OS作为例子 首先要指出的是,uC/OS只有内核态,没有用户态,这和Linux不一样 多任务系统中, 内核负责管理各个任务, 或者说为每个任务分配CPU时间, 并且负责任务之间的通讯. 内核提供的基本服务是任务切换. 调度(Scheduler),英文还有一词叫dispatcher, 也是调度的意思. 这是内核的主要职责之一, 就是要决定该轮到哪个任务运行了. 多数实时内核是基于优先级调度法的, 每个任务根据其重要程度的不同被赋予

Linux内核抢占实现机制分析【转】

Linux内核抢占实现机制分析 转自:http://blog.chinaunix.net/uid-24227137-id-3050754.html [摘要]本文详解了Linux内核抢占实现机制.首先介绍了内核抢占和用户抢占的概念和区别,接着分析了不可抢占内核的特点及实时系统中实现内核抢占的必要性.然后分析了禁止内核抢占的情况和内核抢占的时机,最后介绍了实现抢占内核所做的改动以及何时需要重新调度. [关键字]内核抢占,用户抢占,中断, 实时性,自旋锁,抢占时机,调度时机,schedule,pree

Linux内核抢占实现机制分析

Sailor_forever  [email protected] 转载请注明 http://blog.csdn.net/sailor_8318/archive/2008/09/03/2870184.aspx [摘要]本文详解了Linux内核抢占实现机制.首先介绍了内核抢占和用户抢占的概念和区别,接着分析了不可抢占内核的特点及实时系统中实现内核抢占的必要性.然后分析了禁止内核抢占的情况和内核抢占的时机,最后介绍了实现抢占内核所做的改动以及何时需要重新调度. [关键字]内核抢占,用户抢占,中断, 

Linux内核态抢占机制分析

http://blog.sina.com.cn/s/blog_502c8cc401012pxj.html [摘要]本文首先介绍非抢占式内核(Non-Preemptive Kernel)和可抢占式内核(Preemptive Kernel)的区别.接着分析Linux下有两种抢占:用户态抢占(User Preemption).内核态抢占(Kernel Preemption).然后分析了在内核态下:如何判断能否抢占内核(什么是可抢占的条件):何时触发重新调度(何时设置可抢占条件):抢占发生的时机(何时检

Linux内核态抢占机制分析(转)

Linux内核态抢占机制分析  http://blog.sina.com.cn/s/blog_502c8cc401012pxj.html 摘 要]本文首先介绍非抢占式内核(Non-Preemptive Kernel)和可抢占式内核(Preemptive Kernel)的区别.接着分析Linux下有两种抢占:用户态抢占(User Preemption).内核态抢占(Kernel Preemption).然后分析了在内核态下:如何判断能否抢占内核(什么是可抢占的条件):何时触发重新调度(何时设置可抢

深入Linux内核架构——进程管理和调度(上)

如果系统只有一个处理器,那么给定时刻只有一个程序可以运行.在多处理器系统中,真正并行运行的进程数目取决于物理CPU的数目.内核和处理器建立了多任务的错觉,是通过以很短的间隔在系统运行的应用程序之间不停切换做到的.由此,以下两个问题必须由内核解决:除非明确要求,否则应用程序不能彼此干扰:CPU时间必须在各种应用程序之间尽可能公平共享(一些程序可能比其他程序更重要).本篇博文主要涉及内核共享CPU时间的方法以及如何在进程之间切换(内核为各进程分配时间,保证切换之后从上次撤销其资源时执行环境完全相同)

Linux内核同步机制

http://blog.csdn.net/bullbat/article/details/7376424 Linux内核同步控制方法有很多,信号量.锁.原子量.RCU等等,不同的实现方法应用于不同的环境来提高操作系统效率.首先,看看我们最熟悉的两种机制——信号量.锁. 一.信号量 首先还是看看内核中是怎么实现的,内核中用struct semaphore数据结构表示信号量(<linux/semphone.h>中): [cpp] view plaincopyprint? struct semaph