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。
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