linux线程切换和进程切换的方法

2019-10-13 10:18:51王冬梅

上下文这个词会让人想到进程的CPU寄存器状态,但好像进入进程上下文(异常处理系统调用)和进入中断上下文(中断处理),内核所做的工作没有太大区别。所以,这两个上下文的主要区别,我认为在于是否与进程相关。

运行于进程上下文的内核代码是可抢占的,但中断上下文则会一直运行至结束,不会被抢占。因此,内核会限制中断上下文的工作,不允许其执行如下操作:

(1) 进入睡眠状态或主动放弃CPU;

由于中断上下文不属于任何进程,它与current没有任何关系(尽管此时current指向被中断的进程),所以中断上下文一旦睡眠或者放弃CPU,将无法被唤醒。所以也叫原子上下文(atomic context)。

(2) 占用互斥体;

为了保护中断句柄临界区资源,不能使用mutexes。如果获得不到信号量,代码就会睡眠,会产生和上面相同的情况,如果必须使用锁,则使用spinlock。

(3) 执行耗时的任务;

中断处理应该尽可能快,因为内核要响应大量服务和请求,中断上下文占用CPU时间太长会严重影响系统功能。在中断处理例程中执行耗时任务时,应该交由中断处理例程底半部来处理。

(4) 访问用户空间虚拟内存。

因为中断上下文是和特定进程无关的,它是内核代表硬件运行在内核空间,所以在中断上下文无法访问用户空间的虚拟地址

(5) 中断处理例程不应该设置成reentrant(可被并行或递归调用的例程)。

因为中断发生时,preempt和irq都被disable,直到中断返回。所以中断上下文和进程上下文不一样,中断处理例程的不同实例,是不允许在SMP上并发运行的。

(6)中断处理例程可以被更高级别的IRQ中断。(不能嵌套中断)使用软中断,上部分关中断,也就是禁止嵌套,下半部分使用软中断

如果想禁止这种中断,可以将中断处理例程定义成快速处理例程,相当于告诉CPU,该例程运行时,禁止本地CPU上所有中断请求。这直接导致的结果是,由于其他中断被延迟响应,系统性能下降。

软中断是一种延时机制,代码执行的优先级比进程要高,比硬中断要低。相比于硬件中断,软中段是在开中断的环境中执行的(长时间关中断对系统的开销太大), 代码是执行在中断/线程上下文的,是不能睡眠的,虽然每个cpu都有一个对应的ksoftirqd/n线程来执行软中断,但是do_softirq这个函数也还会在中断退出时调用到,因此不能睡眠(中断上下文不能睡眠的原因是由于调度系统是以进程为基本单位的,调度时会把当前进程的上下文保存在task_struct这个数据结构中,当进程被调度重新执行时会找到执行的断点,但是中断上下文是没有特定task_struct结构体的,当然现在有所谓的线程话中断,可以满足在中断处理函数执行阻塞操作,但是实时性可能会有问题。还有就是中断代表当前进程执行的概念,个人感觉有点扯淡,毕竟整个内核空间是由所有进程共享的,不存在代表的概念)