カーネルVM勉強会第二回 scheduler 文字化けがあるけどひとまず

1. xv6 scheduler
Part 1
( 修正版 )
@noztos
2012.9.2 カーネル VM 勉強会 第二回 OS 基礎 (xv6)

2. Scheduling
● ひとつの物理プロセッサを多重化する
複数の ( 仮想 ) プロ セッ サが存在する かのよ う に動作
● ユーザープロセスに錯ーさせる
– 専用のメモリ空間
– 専用プロセッサ
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3. Multiplexing
● タイマ割込み 100ms( 固定 )
● 多重化の実装
1.コンテキスト切り替え：標準的機構
2.透過的コンテキスト切り替え方法 :
タイ ー割ーみハンド ( プリエンプティブ )
マ ラ
3.複数 CPU × マルチプロセスの同時実行 :
競合回避のための lock
4.プロセス終了時 : メモリ、リソースの解放
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4. Context Switching
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5. Context Switching
● Scheduler thread を必ず経由
プロセスから system call or interrupt
↓
scheduler
↓
他プロセスへ trap return
● Scheduler thread は CPU 毎
● 旧スレッドの register をセーブ
保存し て いた新スレ ッ ド の register をリストア
cf. swtch.S
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6. Context Switching - swtch()
● Thread について は知ら ず、 "contexts” を管理
す る のみ
● void swtch(struct context **old, struct context *new);
# Save old registers # Load new registers
movl 4(%esp), %eax movl 4(%esp), %eax # not 8(%esp) - popped return
address above
popl 0(%eax) # %eip
movl %esp, 4(%eax) movl 28(%eax), %ebp
movl %ebx, 8(%eax) movl 24(%eax), %edi
movl %ecx, 12(%eax) movl 20(%eax), %esi
movl %edx, 16(%eax) movl 16(%eax), %edx
movl %esi, 20(%eax) movl 12(%eax), %ecx
movl %edi, 24(%eax) movl 8(%eax), %ebx
movl %ebp, 28(%eax) movl 4(%eax), %esp
pushl 0(%eax) # %eip
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7. Scheduling – sched()
● CPU を解放するには
– ptable.lock を取得
– 取得している他の lock の解放
– 自身の proc->state の更新
– sched() の呼出
proc.c: yield(), sleep(), exit() からのみ
● sched() 内でもチェック + 割込み禁止確認
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8. Scheduling – sched() を抜けるとそこは
● sched() において
swtch() を呼ぶことにより
proc->context(=current context) から
cpu->scheduler(=scheduler context) へー身
● “Scheduler context へ変身” ... ということは
swtch() から戻るのは
proc.c:scheduler()
そして何事もなかったかのように RUNNABLE プロセスを探す
proc.c: scheduler() 内 l.214 – l.231
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9. Scheduling – ptable.lock
● swtch() を呼ぶ前に ptable.lock を取得
lock の取得、解放は thread の責任
– Unusual
swtch() 中の proc->state, cpu->context の
整合性保持をシンプルに
● おまけ情報
カーネル空間で使用する sleep() は、引数で lock を指定
void sleep(void*, struct spinlock*);
ptable.lock で sleep() 呼ぶのは wait() のみ
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10. Scheduling − ptable.lock
acquire() 〜 release()
process(kernel space) scheduler
yield() { sched() { scheduler() {
acquire(ptable.lock); ... …
sched(); swtch(); for(p = ptable.proc; …) {
... ... ここに ….
戻る
} } swtch();
…
}
release(ptable.lock);
}
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11. Scheduling ー scheduler thread
● swtch() による CPU 解放
Kernel thread: scheculer() から
process: sched() から
● forkret() のみ swtch() によらないスケジューリング
cf. Chapter 1 プロセス生成
forkret() → forkret1() → trapret()
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12. Scheduling - scheduler()
For(;;) {
割込み許可
ptable.lock 取得
実行するプロセスを探す (proc[] の探索 )
プロセスが止まるまで走らせる
ptable.lock 解放
}
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13. Scheduling – scheduler()
実行可能プロセス探索
1.p->state == RUNNABLE を探す
2.見つかったら (CPU 毎に )
– proc にプロセス情報をセット
– switchuvm() - プロセスページ切替
– p->state = RUNNNING
– swtch()
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14. Scheduling – scheduler()
lock について
● Schesuler() が ptable.lock を保持することは、 RUNNABLE プ
ロセスが見つからない場合のように CPU アイ リ ド ングの特殊な
ケースで重要である
● もし、アイドリング CPU のスケジュ ラが lock を継続的に保
ー
持してループしていれば、プロセスが動作している他の CPU
ではコンテキスト切替やプロセス関連のシステムコールを実
行できない。つまり 他 CPU がプロセス状態を RUNNABLE に変
、
更することはできない。
● 周期的に割り み許可するのは、
ー プロセスが IO を待っているた
め
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15. Scheduling ー プロセス状態の保持と lock
● プロセス状態の一貫性
– プロ セスページテーブ ル
– プロ セスカ ーネルスタ ッ ク
– cpu->curproc が正しく proc[] を指している
これを維持するため
– ユーザースレッドで lock を取得
– スケジューラー又はカーネルスレッドで解放
● あと プロセステーブルへの配置と 解放もあるよ
wait→wakeup については注意な !( つづく ! かも )
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16. “lost wake up” problem
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