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Linux内核抢占和进程调度  

2011-08-17 23:38:40|  分类: kernel |  标签: |举报 |字号 订阅

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1 用户抢占

内核即将返回用户空间的时候,如果need resched标志被设置,会导致schedule()被调用,此时就会发生用户抢占。在内核返回用户空间的时候,它知道自己是安全的。所以,内核无论是在从中断处理程序还是在系统调用后返回,都会检查need resched标志。如果它被设置了,那么,内核会选择一个其他(更合适的)进程投入运行。

简而言之,用户抢占在以下情况时产生:

1) 从系统调用返回用户空间。

2) 从中断处理程序返回用户空间。

 

2 不可抢占内核的特点

在不支持内核抢占的内核中,内核代码可以一直执行,到它完成为止。也就是说,调度程序没有办法在一个内核级的任务正在执行的时候重新调度—内核中的各任务是协作方式调度的,不具备抢占性。内核代码一直要执行到完成(返回用户空间)或明显的阻塞为止。

 

3. 为什么需要内核抢占?

实现内核的可抢占对Linux具有重要意义。首先,这是将Linux应用于实时系统所必需的。实时系统对响应时间有严格的限定,当一个实时进程被实时设备的硬件中断唤醒后,它应在限定的时间内被调度执行。而Linux不能满足这一要求,因为Linux的内核是不可抢占的,不能确定系统在内核中的停留时间。事实上当内核执行长的系统调用时,实时进程要等到内核中运行的进程退出内核才能被调度,由此产生的响应延迟,在如今的硬件条件下,会长达100ms级。

禁止内核抢占的情况列出如下:

1)内核执行中断处理例程时不允许内核抢占,中断返回时再执行内核抢占。

2)当内核执行软中断或tasklet时,禁止内核抢占,软中断返回时再执行内核抢占。

3)在临界区禁止内核抢占,临界区保护函数通过抢占计数宏控制抢占,计数大于0,表示禁止内核抢占。

 

4. 如何支持抢占内核

为保证Linux内核在以上情况下不会被抢占,抢占式内核使用了一个变量preempt_ count,称为内核抢占锁。这一变量被设置在进程的PCB结构task_struct中。每当内核要进入以上几种状态时,变量preempt_ count就加1,指示内核不允许抢占。每当内核从以上几种状态退出时,变量preempt_ count就减1,同时进行可抢占的判断与调度。

抢占式Linux内核的修改主要有两点:

一是对中断的入口代码和返回代码进行修改。在中断的入口内核抢占锁preempt_count1,以禁止内核抢占;在中断的返回处,内核抢占锁preempt_count1,使内核有可能被抢占。

另一基本修改是重新定义了自旋锁、读、写锁,在锁操作时增加了对preempt count变量的操作。在对这些锁进行加锁操作时preemptcount变量加1,以禁止内核抢占;在释放锁时preemptcount变量减1,并在内核的抢占条件满足且需要重新调度时进行抢占调度。

 

5 设置调度的时机

         内核必须知道在什么时候调用schedule()。如果仅靠用户程序代码显式地调用schedule(),它们可能就会永远地执行下去。相反,内核提供了一个need_resched标志来表明是否需要重新执行一次调度。

1.当前进程用完了它的CPU时间片,update_process_times()重新进行计算时钟中断触发schduler_tick()的主要作用就是每一个tick 进程陷入内核后, 他的时间片就递减1 当变为0的时候, 会设置TIF_NEED_RESCHED1

2 .当一个进程被唤醒,而且它的优先级比当前进程高 try_to_wake_up(),会设置TIF_NEED_RESCHED1

 

6. 调度的时机

         1 中断返回内核空间:检查preempt_count是否为0TIF_NEED_RESCHED是否为1

2 中断或异常返回到user space:检查TIF_NEED_RESCHED是否为1

3). 显式或者隐式调preemp_enable()函数:检查preempt_count是否为0TIF_NEED_RESCHED是否为1

4)使能软中断:检查preempt_count是否为0TIF_NEED_RESCHED是否为1

5)自己主动schedule()

Question

FIFO实时进程在运行时候,能加载一个新程序吗,cup一直被该实时进程占据 谁来加载这个新进程。

如果可以加载 ,而且这个新进程优先级比原来的高,那如何抢占原来的实时进程(时钟中断?

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