进程间切换的开销

ggzwtj

最近看一些cache是单线程实现的，应该是为了降低进程间切换的开销，提高网络传输速度。那进程间切换的开销主要是什么？

linuxfellow

进程切换的过程：
1。执行完转换前的最后一条指令
2。保留当前进程/线程p1的context, 应该是保留在其PCB里
3。调用scheduler选择下一个要运行的进程/线程p2
4。恢复p2的context (从其PCB里读取）
5。开始执行p2的指令（肯定是从上次停下来的地方接着运行）
中间的2~4步骤应该就是你所问的额外开销。

wangjl_sdu

1 选择下一个要执行进程的复杂度，最新的CFS调度算法从执行队列中选择需要O(lgn)的复杂度。
2 旧进程CPU执行上下文的换出，task_struct.thread_info，也就是linuxfellow兄提到的PCB.
3 新进程CPU执行上下文的换入。

softirq

主要是保存进程的上下文和进程调度算法的开销

ggzwtj

回复 3# wangjl_sdu


    那如果是线程呢？现在用户态多线程的实现好像是1:1实现的吧，这样线程间切换的开销和进程间的差别是什么？还有一种情况：如果N个线程都打开socket写出，这样切换起来是不是更慢？

wangjl_sdu

回复 5# ggzwtj


    对于linux而言，线程和进程的区别就是，多个线程共享 虚拟存储空间和信号处理 等等。进程之间需要切换虚拟地址空间，重新装载CR3，线程不需要。
这个过程需要的开销貌似不大：

static inline void switch_mm(struct mm_struct *prev, struct mm_struct *next,
                             struct task_struct *tsk)
{
        unsigned cpu = smp_processor_id();

        if (likely(prev != next)) {
                /* stop flush ipis for the previous mm */
                cpumask_clear_cpu(cpu, mm_cpumask(prev));
#ifdef CONFIG_SMP
                percpu_write(cpu_tlbstate.state, TLBSTATE_OK);
                percpu_write(cpu_tlbstate.active_mm, next);
#endif
                cpumask_set_cpu(cpu, mm_cpumask(next));

                /* Re-load page tables */
                load_cr3(next->pgd);

                /*
                 * load the LDT, if the LDT is different:
                 */
                if (unlikely(prev->context.ldt != next->context.ldt))
                        load_LDT_nolock(&next->context);
        }
#ifdef CONFIG_SMP
        else {
                percpu_write(cpu_tlbstate.state, TLBSTATE_OK);
                BUG_ON(percpu_read(cpu_tlbstate.active_mm) != next);

                if (!cpumask_test_and_set_cpu(cpu, mm_cpumask(next))) {
                        /* We were in lazy tlb mode and leave_mm disabled
                         * tlb flush IPI delivery. We must reload CR3
                         * to make sure to use no freed page tables.
                         */
                        load_cr3(next->pgd);
                        load_LDT_nolock(&next->context);
                }
        }
#endif
}

瀚海书香

回复 2# linuxfellow
除了这些明显的开销之外，还有很多隐藏的开销。
比如：TLB失效、cache失效等等

linuxfellow

回复  ggzwtj


    对于linux而言，线程和进程的区别就是，多个线程共享 虚拟存储空间和信号处理 等等 ...
wangjl_sdu 发表于 2011-11-28 12:14

    是的，线程和进程的区别就是，多个线程共享 虚拟存储空间和信号处理 等等。
使用线程，节省更多的是内存空间。并不会保证进程/线程转换时，可以省一些步骤。除非你的整个系统只有一个进程，一个地址空间，你才能省去那些步骤 。
一个进程/线程被停止时，谁也不知道下一被选入执行的是谁。如果下面被调度运行的线程全是自家的， 都在一个地址空间，可以不进行虚拟空间更换。如果下面被调度运行的只要有一次是其他进程，属于不同的地址空间，就必须全面保存。
一句话：除非你的整个系统只有一个进程（可派生出多个线程），一个地址空间才能简化context switch

linuxfellow

回复  linuxfellow
除了这些明显的开销之外，还有很多隐藏的开销。
比如：TLB失效、cache失效等等
瀚海书香 发表于 2011-11-28 14:15

    这些属于系统异常处理，随时随处都有可能发生，并不是有进程/线程转换本身引起的， 不应该算在进程/线程转换的开销内

wangjl_sdu

回复 9# linuxfellow


    还是有些影响的，进程切换时重新装载CR3会导致CPU的TLB全面刷新，另外不同进程访问的也应该是不同的页帧，对cache的刷新也会有些影响。