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[导读]用案例让你深入理解3个抢占模型的区别。



本文原文地址:

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

作者:Liran B.H

译者:宋宝华


当配置Linux内核的时候,我们可以选择一些参数,这些参数能影响系统的行为。你可以用不同的优先级、调度类和抢占模型来工作。正确地选择这些参数是非常重要的。

本文将论述不同的抢占模型如何影响用户和系统的行为。

当你使用 make menuconfig配置内核的时候,你能看到这样的菜单:

为了深入理解这三个抢占模型的区别,我们将写一个案例:

  • 2个线程,一个高优先级RT(50),一个低优先级RT(30)

  • 高优先级的线程要睡眠3秒

  • 低优先级的线程用CPU来做计算

  • 3秒后高优先级线程唤醒。

如果低优先级的线程陷入系统调用,高优先级的线程睡眠到期,究竟会发生什么?下面我们来一种模型一种模型地看。

No Forced Preemption

这种情况下,上下文切换发生在系统调用返回用户空间的点。案例如下:

  • 2个线程,一个高优先级RT(50),一个低优先级RT(30)

  • 高优先级的线程要睡眠3秒

  • 低优先级的线程进入系统调用计算5秒

  • 5秒后低优先级线程从内核系统调用返回

  • 高优先级线程将醒来(但是比预期迟了2秒)。

内核代码,简单的字符设备:






读里面delay了5秒, 注意mdelay是一个计算型的busy-loop。

用户空间代码如下:


实验步骤:

  • 高优先级线程开始睡眠3秒

  • 低优先级线程睡眠1秒然后做系统调用

  • 高优先级线程6秒后醒来(stop和start的时间差)


Preemptible Kernel

这种情况内核里面也可以抢占,意味着上述程序里面的高优先级线程3秒后可醒来。

这种情况下,系统会有更多的上下文切换,但是实时性更加好。对于要求软实时的嵌入式系统而言,这个选项是最佳的。但是对于服务器而言,通常第一个选项更好——更少的上下文切换,更多的CPU时间用作有用功。

运行结果(stop、start时间差3秒):


Voluntary Kernel Preemption

这种情况和第一种情况"no forced preemption"类似,但是内核开发者可以在进行复杂操作的时候,时不时检查一下是否可以reschedule。他们可以调用might_resched()函数。

在下面的代码中,我们添加了一些检查点(check point)

如果我们把might_resched()注释掉,它会delay 7秒。

添加cond_resched()调用将导致系统检查是否有高优先级的任务被唤醒,这样高优先级任务5秒可以醒来(其中1秒在systemcall之前,另外4秒在kernel)。

运行结果:

Full Real Time Preemption

如果我们使能RT补丁,我们会得到一个硬实时的kernel。这意味着任何代码可以抢占任何人。比如一个更加紧急的任务可以抢占中断服务程序ISR。这个patch进行了如下改动:

  • 把中断服务程序转化为优先级是50的RT线程

  • 把softIRQ转化为优先级是49的RT线程

  • 把所有的spinlock变成mutex

  • 高精度定时器

  • 其他的细小改动


打补丁后会看到2个新增的菜单:

其中 “Preemptible Kernel (Basic RT)” 是为了调试目的的,为了全面使用RT补丁的功能,我们应该选择最后一项 – Fully Preemptible Kernel。这样我们会有更多的上下文切换,但是可以满足RT的实时要求。


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