理解Linux內(nèi)核搶占模型（最透徹一篇）

時(shí)間：2020-05-15 10:11:00

關(guān)鍵字： Linux 內(nèi)核代碼

手機(jī)看文章

掃描二維碼
隨時(shí)隨地手機(jī)看文章

[導(dǎo)讀]用案例讓你深入理解3個(gè)搶占模型的區(qū)別。

本文原文地址：

https://devarea.com/understanding-linux-kernel-preemption/#.XrKLcfnx05k

作者：Liran B.H

譯者：宋寶華

當(dāng)配置Linux內(nèi)核的時(shí)候，我們可以選擇一些參數(shù)，這些參數(shù)能影響系統(tǒng)的行為。你可以用不同的優(yōu)先級(jí)、調(diào)度類和搶占模型來工作。正確地選擇這些參數(shù)是非常重要的。

本文將論述不同的搶占模型如何影響用戶和系統(tǒng)的行為。

當(dāng)你使用 make menuconfig配置內(nèi)核的時(shí)候，你能看到這樣的菜單：

為了深入理解這三個(gè)搶占模型的區(qū)別，我們將寫一個(gè)案例：

2個(gè)線程，一個(gè)高優(yōu)先級(jí)RT（50），一個(gè)低優(yōu)先級(jí)RT（30）
高優(yōu)先級(jí)的線程要睡眠3秒
低優(yōu)先級(jí)的線程用CPU來做計(jì)算
3秒后高優(yōu)先級(jí)線程喚醒。

如果低優(yōu)先級(jí)的線程陷入系統(tǒng)調(diào)用，高優(yōu)先級(jí)的線程睡眠到期，究竟會(huì)發(fā)生什么？下面我們來一種模型一種模型地看。

No Forced Preemption

這種情況下，上下文切換發(fā)生在系統(tǒng)調(diào)用返回用戶空間的點(diǎn)。案例如下：

2個(gè)線程，一個(gè)高優(yōu)先級(jí)RT（50），一個(gè)低優(yōu)先級(jí)RT（30）
高優(yōu)先級(jí)的線程要睡眠3秒
低優(yōu)先級(jí)的線程進(jìn)入系統(tǒng)調(diào)用計(jì)算5秒
5秒后低優(yōu)先級(jí)線程從內(nèi)核系統(tǒng)調(diào)用返回
高優(yōu)先級(jí)線程將醒來（但是比預(yù)期遲了2秒）。

內(nèi)核代碼，簡單的字符設(shè)備：

讀里面delay了5秒，注意mdelay是一個(gè)計(jì)算型的busy-loop。

用戶空間代碼如下：

實(shí)驗(yàn)步驟：

高優(yōu)先級(jí)線程開始睡眠3秒
低優(yōu)先級(jí)線程睡眠1秒然后做系統(tǒng)調(diào)用
高優(yōu)先級(jí)線程6秒后醒來（stop和start的時(shí)間差）

Preemptible Kernel

這種情況內(nèi)核里面也可以搶占，意味著上述程序里面的高優(yōu)先級(jí)線程3秒后可醒來。

這種情況下，系統(tǒng)會(huì)有更多的上下文切換，但是實(shí)時(shí)性更加好。對(duì)于要求軟實(shí)時(shí)的嵌入式系統(tǒng)而言，這個(gè)選項(xiàng)是最佳的。但是對(duì)于服務(wù)器而言，通常第一個(gè)選項(xiàng)更好——更少的上下文切換，更多的CPU時(shí)間用作有用功。

運(yùn)行結(jié)果（stop、start時(shí)間差3秒）：

Voluntary Kernel Preemption

這種情況和第一種情況"no forced preemption"類似，但是內(nèi)核開發(fā)者可以在進(jìn)行復(fù)雜操作的時(shí)候，時(shí)不時(shí)檢查一下是否可以reschedule。他們可以調(diào)用might_resched()函數(shù)。

在下面的代碼中，我們添加了一些檢查點(diǎn)（check point）

如果我們把might_resched()注釋掉，它會(huì)delay 7秒。

添加cond_resched()調(diào)用將導(dǎo)致系統(tǒng)檢查是否有高優(yōu)先級(jí)的任務(wù)被喚醒，這樣高優(yōu)先級(jí)任務(wù)5秒可以醒來（其中1秒在systemcall之前，另外4秒在kernel）。

運(yùn)行結(jié)果：

Full Real Time Preemption

如果我們使能RT補(bǔ)丁，我們會(huì)得到一個(gè)硬實(shí)時(shí)的kernel。這意味著任何代碼可以搶占任何人。比如一個(gè)更加緊急的任務(wù)可以搶占中斷服務(wù)程序ISR。這個(gè)patch進(jìn)行了如下改動(dòng)：

把中斷服務(wù)程序轉(zhuǎn)化為優(yōu)先級(jí)是50的RT線程
把softIRQ轉(zhuǎn)化為優(yōu)先級(jí)是49的RT線程
把所有的spinlock變成mutex
高精度定時(shí)器
其他的細(xì)小改動(dòng)

打補(bǔ)丁后會(huì)看到2個(gè)新增的菜單：

其中 “Preemptible Kernel (Basic RT)” 是為了調(diào)試目的的，為了全面使用RT補(bǔ)丁的功能，我們應(yīng)該選擇最后一項(xiàng) – Fully Preemptible Kernel。這樣我們會(huì)有更多的上下文切換，但是可以滿足RT的實(shí)時(shí)要求。