Preemptive Process Scheduling 的觀念

jollen 發表於 November 2, 2006 2:55 PM

先前我們在介紹 sys_getppid 時，跳掉了一段 code 如下：

#if defined(CONFIG_SMP) || defined(CONFIG_PREEMPT)
{
   ...
}
#endif

這段 code 在判斷 kernel 是否有 'CONFIG_SMP'（多處理器）與 'CONFIG_PREEMPT'（可搶先的 process 排程）。目前 kernel 2.6 在各種處理器平臺已經支援 preemptive process scheduler，當然也包含了 i386 處理器。

這個 kernel 的設定位於 arch/i386/Kconfig，我們節錄 Kconfig 內容如下：

config PREEMPT
        bool "Preemptible Kernel"
        help
          This option reduces the latency of the kernel when reacting to
          real-time or interactive events by allowing a low priority process to
          be preempted even if it is in kernel mode executing a system call.
          This allows applications to run more reliably even when the system is
          under load.

          Say Y here if you are building a kernel for a desktop, embedded
          or real-time system.  Say N if you are unsure.

這段 code 與 CONFIG_PREEMPT 的用意非常清楚：提供 preemptive process scheduling 的能力，我們對 Linux kernel preemptive process scheduling 的處理方法相當感興趣。

在進一步研究與 scheduling 有關的 system call 與 'CONFIG_PREEMPT' 前，有必要先來複習一下什麼是 "preemptvie"。

Preemption

一個重要的工作是了解「preemptive」的觀念。

當 process 進入執行狀態（running state）時，排程器（scheduler）會去檢查進入該 process 優先序（priority），若該 process 的 priority 比目前執行中的 process priority 高，Linux 便會搶先（preemptive）執行該 process，因此原本的 process 便被中斷（interrupt）。

這種 high priority process 把 low priority process 執行權了活生生搶走的機制便是 preemptive process scheduling；因此我們說，Linux 的 process 是 "preemptive"！Preemption（搶奪）的排程，目前在 Linux 2.6 的核心裡已經有不錯的支援了。

更多 Linux Preemptive Scheduling

1. Linux 的 scheduler 包含 preemptive 的實作。
2. Linux kernel 本身是 nonpreemptvie。我們在這裡指的 "preemptive" 是指 "process preemptive"。所以當 process 是在 User Mode 時才能被搶先。
3. Process preemptvie（可被搶先因此中斷）：process 除了在 time-slice 用完時被中斷外（典型案例），在某些狀況下也是可以被中斷的。例如，前面提到的優先序問題便是一例。
4. 被中斷的 process 仍然是 running state（因為只是被搶先而已）。

Linux/Unix 作業系統核心是 nonpreemptive 的實作，這樣的作業系統設計較簡單，並且可免除許多核心同步（kernel synchronization）的問題。

Preemptive Scheduling

以下是節錄自作業系統教科書裡，對於可搶先班程的說明[1]：

CPU scheduling decisions may take place when a process -
1. Switches from running to waiting state.
2. Switches from running to ready state.
3. Switches from waiting to ready.
4. Terminates.

Scheduling under 1 and 4 is nonpreemptive.

這裡有一份 preemption 的名詞解釋：http://www.netrino.com/Publications/Glossary/Preemption.html

[1] A. Silberschatz, P. Galvin, and G. Gagne, Applied Operating System Concepts, First Edition, John Wiley & Sons, Inc. (2000).

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