Операционные системы -вопросы теории


Пример 8 3 Функция переключения



Пример 8.3. Функция переключения контекста в ядре Linux/x86

/* Фрагмент файла \arch\i386\kernel\process.c.

* Сохранение и восстановление регистров общего назначения
* и сегментных регистров CS, DS и S3 осуществляется при входе в ядре *и при выходе из него соответственно. */
/*
* switch_to(х,у) должна переключать задачи с х на у *
* Мы используем fsave/fwait, поэтому исключения [сопроцессора]
* сбрасываются в нужный момент времени (пока вызов со стороны
* fsave или fwait обрабатывается), и не могут быть посланы
* другому процессу. Отложенное сохранение FP более не имеет
* смысла на современных ЦПУ и это многое упрощает (SMP и UP
* [uniprocessor, однопроцессорная конфигурация] теперь
* обрабатываются одинаково).
Раньше мы использовали аппаратное переключение
* контекста. Причина, по которой мы больше так не делаем
* становится очевидна, когда мы пытаемся аккуратно восстановиться
* из сохраненного состояния, которое стало недопустимым
* (в частности, висящие ссылки в сегментных регистрах).
* При использовании аппаратного переключения контекста нет способа
* разумным образом выйти из плохого состояния [контекста]. *
* То, что Intel документирует аппаратное переключение контекста как
* медленное — откровенная ерунда, этот код не дает заметного ускорения.
* Однако здесь есть некоторое пространство для улучшения, поэтому
* вопросы производительности могут рано или поздно оказаться актуальны.
* [В данном случае], однако, нам важнее, что наша реализация * обеспечивает большую гибкость.
*/ void __switch_to(struct task_struct *prev_p, struct task_struct *next_p)
(
struct thread_struct *prev = &prev_p->thread, Д *next = &next_p->thread;
struct tss_struct *tss = init_tss + smp_processor_id();
unlazy_fpu (prev__p) ;
/*
* Перезагрузить espO, LOT и указатель на таблицу страниц: */
tss->espO = next->espO;
/*
* Сохранить %fs и %gs. He нужно сохранять %ез и %ds,
* потому что при исполнении в контексте ядра это
* всегда сегменты ядра. */
asm volatile("movl %%fs,%0":"=m" (* (int *)&prev->fs)); asm volatile("movl %%gs,%0":"=m" (*(int *)&prev->gs));
* Восстановить Its и Ч
loadsegment(fs, next->fs); loadsegment(gs, next->gs);
/*
* Если это необходимо, перезагрузить отладочные регистры */ if (next->debugreg[7]){
loaddebug(next, 0};
loaddebug(next, 1);
loaddebug(next, 2);
loaddebug(next, 3);
/* не 4 и 5 */
loaddebug(next, 6);
loaddebug(next, 7);
if (prev->ioperm || next->iopenn) { if (next->ioperm) {
*
/*
* Копирование четырех линий кэша .... не хорошо, но
* и не так уж плохо. У кого-нибудь есть идея лучше?
* Оно воздействует только на процессы, использующие iopermO.
* [Размещение этих TSS в области 4K-tlb и игры с виртуальной
* памятью для переключения битовой маски ввода/вывода на
* самом деле неприемлемы.] */
memcpy(tss->io_bitmap, next->io_bitmap,
IO_BITMAP_SIZE*sizeof(unsigned long)); tss~>bitmap = IO_BITMAP_OFFSET; } else /*
* Смещение битовой маски, указывающее за пределы ограничителя "- - >
* порождает контролируемое SIGSEGV, если процесс пытается
* использовать команды обращения к портам. Первый вызов
* sys_ioperm() устанавливает битовую маску корректно. */
tss->bitmap = INVALID 10 BITMAP OFFSET;

Примечание
Примечание

Планировщик должен полностью сохранять контекст процесса. Это значительно усложняет жизнь разработчикам процессоров: добавив процессору лишний регистр (как служебный, так и общего назначения), мы рискуем потерять совместимость со всеми ОС для нашего процессора, реализующими вытесняющую многозадачность. Наличие команд сохранения контекста не решает этой проблемы — ведь ОС должна выделять память под сохраняемый контекст, а для этого необходимо знать его размер.
Именно поэтому, в частности, процессоры SPARC и х86 реализуют "мультимедийные" расширения систем команд (групповые операции над 8-битными целыми числами) с использованием уже существовавших регистров арифметического сопроцессора, а не дополнительных регистров.

Как правило, оказывается неудобным сохранять контекст именно в стеке. Тогда его сохраняют в какой-то другой области памяти, чаще всего в дескрипторе процесса. Многие процессоры имеют специальные команды сохранения и загрузки контекста. Для реализации вытеснения достаточно сохранить контекст текущей нити и загрузить контекст следующей активной нити из очереди. Необходимо предоставить также и функцию переключения нитей по их собственной инициативе, аналогичную ThreadSwitch или, точнее, DeactivateThread.
Обычно вместо DeactivateThread система предоставляет высокоуровневые примитивы синхронизации, например семафоры или примитивы гармонического взаимодействия. Вызов DeactivateThread оказывается скрытым внутри таких высокоуровневых функций.
Вытесняющий планировщик с разделением времени ненамного сложнее кооперативного планировщика — и тот, и другой реализуются несколькими десятками строк на ассемблере. В работе (Прохоров 1990| приводится полный ассемблерный текст приоритетного планировщика системы VAX/VMS, занимающий одну страницу (автору неизвестно, не нарушает ли авторские права фирмы DEC публикация этого текста). Впрочем, планировщики, рассчитанные на многопроцессорные машины, часто бывают несколько сложнее (пример 8.4).









Начало  Назад  Вперед



Книжный магазин