内核抢占实现(preempt) 【转】
转自：http://blog.chinaunix.net/uid-12461657-id-3353217.html
一、什么叫抢占
所谓抢占，说白了就是进程切换。
linux的用户空间，进程A在执行中，来(硬？)中断打断A，从中断处理程序返回时，如果有更高优先级进程B在排队的话，那么执行进程B。 用户空间下进程总是可抢占的
在linux的内核空间就不一定了，linux 2.4是不可抢占的，实时性就会降低，如下面这个样子：
二、抢占的API
preempt_enable() 开启抢占
preempt_disable() 禁止抢占
内核中每个进程数据结构里有一个计数器preempt_count
抢占的开启与禁止，操作当前进程的preempt_count
内核在进行进程调度的时候，只要prempt_count为0，内核就可以进行抢占。
struct thread_info {
struct task_struct *task; /* main task structure */
............//省略
int cpu; /* cpu we're on */
int preempt_count; /* 0 => preemptable, <0 => BUG */
};
#define preempt_enable() \
do { \
preempt_enable_no_resched(); \
barrier(); \
preempt_check_resched(); \
} while (0)
#define preempt_disable() \
do { \
inc_preempt_count(); \
barrier(); \
} while (0)
#define preempt_enable_no_resched() \
do { \
barrier(); \
dec_preempt_count(); \
} while (0)
#define inc_preempt_count() add_preempt_count(1)
#define dec_preempt_count() sub_preempt_count(1)
#define add_preempt_count(val) do { preempt_count() += (val); } while (0)
#define sub_preempt_count(val) do { preempt_count() -= (val); } while (0)
#define preempt_count() (current_thread_info()->preempt_count)
三、发生抢占的时机
linux进程调度的核心函数是 schedule(),进程调度就是在这里做的。
schedule的调用分为主动调用和被动调用。
主动调用是指内核显示的直接去调用shedule()，如当前进程调用了可休眠函数，里面会调用schedule
被动调用是指在系统调用、中断处理或异常处理结束之后，由相应的回调函数调用schedule
判断完当前进程是否可抢占，才会接着去调用schedule()
只看了看中断返回时schedule被动调用的情况
至于主动调用的地方就太多了，什么进程结束，pause等等，没耐心看了。。。
3.1 从中断返回时
首先是从中断处理程序do_IRQ()返回后，会调用ret_from_except() (看《PowerPC中断相关知识》)
ret_from_except()里要先check一下，判定前面被中断的执行体是运行在用户空间还是内核空间,
在决定返回到用户空间或内核空间
用户空间的话：（现在知道为什么用户空间程序总是可抢占了吧）
ret_from_except
--> user_exc_return
--> do_work
--> 调用 do_signal 和 schedule
内核空间的话：（编译内核时要打开可抢占选项才行）
ret_form_except
--> resume_kernel
--> preempt_schedule_irq
--> schedule
.globl ret_from_except
ret_from_except:
LOAD_MSR_KERNEL(r10,MSR_KERNEL) //将MSR_KERNEL常量设置到MSR,以禁止外部中断
SYNC //Some chip revs have problems here...
MTMSRD(r10) //disable interrupts
lwz r3,_MSR(r1) //读栈中的MSR[PR]，Returning to user mode?
andi. r0,r3,MSR_PR
beq resume_kernel
user_exc_return: //r10 contains MSR_KERNEL here
rlwinm r9,r1,0,0,(31-THREAD_SHIFT) //Check current_thread_info()->flags
lwz r9,TI_FLAGS(r9)
andi. r0,r9,(_TIF_SIGPENDING|_TIF_RESTORE_SIGMASK|_TIF_NEED_RESCHED)
bne do_work
restore_user:
#ifdef CONFIG_PREEMPT
b restore
resume_kernel:
rlwinm r9,r1,0,0,(31-THREAD_SHIFT) /* check current_thread_info->preempt_count */
lwz r0,TI_PREEMPT(r9)
cmpwi 0,r0,0 /* if non-zero, just restore regs and return */
bne restore
lwz r0,TI_FLAGS(r9)
andi. r0,r0,_TIF_NEED_RESCHED
beq+ restore
andi. r0,r3,MSR_EE /* interrupts off? */
beq restore /* don't schedule if so */
1: bl preempt_schedule_irq
rlwinm r9,r1,0,0,(31-THREAD_SHIFT)
lwz r3,TI_FLAGS(r9)
andi. r0,r3,_TIF_NEED_RESCHED
bne- 1b
#else
resume_kernel:
#endif /* CONFIG_PREEMPT */
////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
do_work: /* r10 contains MSR_KERNEL here */
andi. r0,r9,_TIF_NEED_RESCHED
beq do_user_signal
do_resched: /* r10 contains MSR_KERNEL here */
ori r10,r10,MSR_EE
SYNC
MTMSRD(r10) /* hard-enable interrupts */
bl schedule
recheck:
LOAD_MSR_KERNEL(r10,MSR_KERNEL)
SYNC
MTMSRD(r10) /* disable interrupts */
rlwinm r9,r1,0,0,(31-THREAD_SHIFT)
lwz r9,TI_FLAGS(r9)
andi. r0,r9,_TIF_NEED_RESCHED
bne- do_reschedandi. r0,r9,_TIF_SIGPENDING
beq restore_user
do_user_signal: /* r10 contains MSR_KERNEL here */
asmlinkage void __sched preempt_schedule_irq(void){
struct thread_info *ti = current_thread_info();
BUG_ON(ti->preempt_count || !irqs_disabled());
do {
add_preempt_count(PREEMPT_ACTIVE);
local_irq_enable();
schedule();
local_irq_disable();
sub_preempt_count(PREEMPT_ACTIVE);
barrier();
} while (unlikely(test_thread_flag(TIF_NEED_RESCHED)));
}
asmlinkage void __sched preempt_schedule(void){
struct thread_info *ti = current_thread_info();
//preempt_cout非0的话，就不调用schedule
if (likely(ti->preempt_count || irqs_disabled()))
return;
do {
add_preempt_count(PREEMPT_ACTIVE);
schedule();
sub_preempt_count(PREEMPT_ACTIVE);
barrier();
} while (unlikely(test_thread_flag(TIF_NEED_RESCHED)));
}
#########################################################################################;
内核中的执行路径主要有：
1 用户进程的内核态，此时有进程context，主要是代表进程在执行系统调用等。
还包括，内核中自己的进程,如 ksoftirqd 等等
2 中断或者异常或者自陷等，从概念上说，此时没有进程context，不能进行context switch。
3 bottom_half，从概念上说，此时也没有进程context。
4 同时，相同的执行路径还可能在其他的CPU上运行。
Linux2.6中网络代码中的preempt_enable/disable移到softirqd调用的地方原因是这样的.
一、部分softirq是isr处理之后调用的,
对于这部分代码,由于是在底半处理中运行,必须是是在运行进程系统调用之前返回的.
所以实际上preempt_disable(); preempt_enable();代码对于他们来说是没有意义的.
二、部分softirq是在ksoftirqd的内核线程运行的,
因为这个相当于运行在进程的内核空间,由于软中断都是对中断上半部的继续,
所以这些工作都需要尽快的完成.所以在softirqd运行的时候,禁止了preempt,
这样就可以保证softirq运行完之后才会调度下一个进程,因为softirq里面的所有函数都不会睡眠.
