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[FreeBSD] freebsd9.2-ULE线程调度-选择一个线程来运行-choosethread函数 [复制链接]

71v5

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发表于 2014-07-01 20:09 |显示全部楼层
本帖最后由 71v5 于 2014-07-02 03:39 编辑

[函数choosethread]-当要选择一个线程来运行时，就会调用choosethread函数，比如之前描述的mini_switch函数就会调用该函数：
  1. /*******************************************************************
  2. * Select the thread that will be run next.
  3. ***************************/
  4.    153        struct thread *
  5.    154        choosethread(void)
  6.    155        {
  7.    156                struct thread *td;
  8.    157       
  9. /********************************************************************
  10. * 函数sched_choose选择一个线程，见下面的简要分析。
  11. **************************/
  12.    158        retry:
  13.    159                td = sched_choose();
  14.    160       
  15. /***********************************************************************************
  16. * If we are in panic, only allow system threads,
  17. * plus the one we are running in, to be run.

  19.    const char *panicstr;bsd内核中变量panicstr的说明如下：
  20.    Variable panicstr contains argument to first call to panic; used as flag
  21.    to indicate that the kernel has already called panic.
  22.    说明如果panicstr非空，就表明已经调用了panic函数。

  24.    对于TDF_INPANIC标志：
  25.    #define TDF_INPANIC 0x00000002 Caused a panic, let it drive crashdump.
  26.    如果线程td调用了panic函数，就会设置其TDF_INPANIC标志。

  28.    对于P_SYSTEM标志：
  29.    只有系统进程，才会设置该标志，内核初始化阶段创建的进程都属于系统进程，比如
  30.    pageout daemon，vm daemon，buffer daemon等等。

  32.    bsd内核中对于函数panic的说明：
  33.    Panic is called on unresolvable fatal errors.  It prints "panic: mesg",
  34.    and then reboots.  If we are called twice, then we avoid trying to sync
  35.    the disks as this often leads to recursive panics
  36.    
  37.    这里为了简化讨论，假设线程td没有调用panic函数，所以：
  38.    如果此时已经调用过panic函数，那么内核只会选择系统进程来运行。
  39.    
  40. ********************************************/
  41.    165                if (panicstr && ((td->td_proc->p_flag & P_SYSTEM) == 0 &&
  42.    166                    (td->td_flags & TDF_INPANIC) == 0)) {
  43.    167                        /* note that it is no longer on the run queue */
  44.    168                        TD_SET_CAN_RUN(td);
  45.    169                        goto retry;
  46.    170                }
  47.    171       
  48. /***********************************************************************
  49. * 此时线程td将要被调度运行，重新设置其状态。
  50.    #define        TD_SET_RUNNING(td)        (td)->td_state = TDS_RUNNING
  51. ********************************/
  52.    172                TD_SET_RUNNING(td);
  53.    173                return (td);
  54.    174        }
复制代码
这里再来看看struct tdq对象中下面三个成员：
  1. /*****************************************************************************
  2. * 从sched_add函数的实现可以看出：

  4.    #define PRI_MIN_BATCH           152
  5.    #define PRI_MAX_BATCH           223

  7.    tdq_realtime队列中线程的优先级小于PRI_MIN_BATCH。
  8.    tdq_timeshare队列中线程的优先级在区间[PRI_MIN_BATCH，PRI_MAX_BATCH]中。
  9.    tdq_idle队列中线程的优先级在区间(223，255]中。
  10.    
  11.    从这里可以得出：
  12.    tdq_realtime队列中线程的优先级最高。
  13.    tdq_timeshare队列中线程的优先级居中。
  14.    tdq_idle队列中线程的优先级最低。
  15.    
  16. ****************************************************/
  17. struct runq     tdq_realtime;           /* real-time run queue. */
  18. struct runq     tdq_timeshare;          /* timeshare run queue. */
  19. struct runq     tdq_idle;               /* Queue of IDLE threads. */
复制代码
[struct rqbits对象]:
  1. /**************************************************************************************
  2. * Bit array which maintains the status of a run queue.  When a queue is
  3. * non-empty the bit corresponding to the queue number will be set.

  5.    typedef u_int32_t       rqb_word_t;
  6.    #define        RQB_LEN                (2)        Number of priority status words.

  8.    对于链表rq_queues[i]，位图rqb_bits中的第i个bit位用来描述链表rq_queues[i]是否为空：
  9.    第i个bit位为0：链表rq_queues[i]为空
  10.    第i个bit位非零：链表rq_queues[i]非空
  11. ***********************************/
  12.     51         */
  13.     52        struct rqbits {
  14.     53                rqb_word_t rqb_bits[RQB_LEN];
  15.     54        };
复制代码
[struct runq对象]：
  1. /*******************************************************************************************
  2. * Run queue structure.  Contains an array of run queues on which processes
  3. * are placed, and a structure to maintain the status of each queue.

  5.    #define RQ_NQS   (64)   Number of run queues.
  6.    #define RQ_PPQ   (4)    Priorities per queue.
  7.   
  8.    成员描述：
  9.    rq_status：
  10.    类型为struct rqbits，见上面对struct rqbits类型的描述，这里为了分析方便，按下面的方式
  11.    引用rq_status成员中的bit位：
  12.    rq_status.rqb_bits->num，引用第num个bit位。

  14.    rq_queues：
  15.    一个数组，数组元素的数目为64，每个数组元素都是一个链表的head，链接了相应优先级的线程，
  16.    对于数组索引a，b，如果a大于b，那么链表rq_queues[a]上线程的优先级比链表rq_queues[b]
  17.    上线程的优先级低。

  19.    在一个特定的队列内，假设在队列tdq_realtime中，只需要确定rq_status.rqb_bits中第一个
  20.    设置为1的bit位，假设为rq_status.rqb_bits->20，那么就直接从链表rq_queues[20]上fetch
  21.    第一个元素，该元素就是优先级最高的线程(不一定准确，因为sched_add函数将线程添加到
  22.    运行队列时，同一个链表上的元素不会再次排序)。
  23.             
  24.    sched_add函数在将线程td添加到tdq_realtime队列或者tdq_timeshare队列或者tdq_idle队列
  25.    中时，会根据线程td的优先级(struct thread对象的td_priority成员)计算一个"新的优先级"，
  26.    "新的优先级"被限制在区间[0，64]中，这个"新的优先级"就作为数组rq_queues的索引。

  28.    "新的优先级"这个用语可能不是很严谨，不过能说明问题就行。

  30.    假设有4个线程thread0，thread1，thread2，thread3，都将被添加到tdq_realtime队列中，
  31.    原始优先级分别为self_pri0，self_pri1，self_pri2，self_pri3，经过计算后"新的优先级"
  32.    分别为new_pri0，new_pri1，new_pri2，new_pri3，并且new_pri0，new_pri1，new_pri2，new_pri3
  33.    各不相同，那么：
  34.    thread0将被添加到链表rq_queues[new_pri0]。
  35.    thread1将被添加到链表rq_queues[new_pri1]。
  36.    thread2将被添加到链表rq_queues[new_pri2]。
  37.    thread3将被添加到链表rq_queues[new_pri3]。

  39.    rq_status.rqb_bits->new_pri0，rq_status.rqb_bits->new_pri1，
  40.    rq_status.rqb_bits->new_pri2，rq_status.rqb_bits->new_pri3，
  41.    被设置为1。
  42. *******************************************/
  43.     60        struct runq {
  44.     61                struct        rqbits rq_status;
  45.     62                struct        rqhead rq_queues[RQ_NQS];
  46.     63        };
复制代码
下面一张简图清晰的展示了struct runq对象，runq_*函数都是围绕struct runq对象展开：
08.jpg

[ULE线程调度-sched_choose函数]：
  1. [ULE线程调度-sched_choose函数]：
  2. /***************************************************************************************
  3. * Choose the highest priority thread to run.  The thread is removed from
  4. * the run-queue while running however the load remains.  For SMP we set
  5. * the tdq in the global idle bitmask if it idles here.
  6. *
  7.     这里假设当前正在执行sched_choose函数的cpu的logical cpu id为5.
  8.    
  9.     那么函数sched_choose在依次从tdq_cpu[5]包含的tdq_realtime队列，tdq_timeshare队列，
  10.     tdq_idle队列三个运行队列中选择一个优先级最高的线程来运行，同时返回该线程对应的
  11.     struct thread对象。
  12. ****************************/
  13.   2273        struct thread *
  14.   2274        sched_choose(void)
  15.   2275        {
  16.   2276                struct thread *td;
  17.   2277                struct tdq *tdq;
  18.   2278       
  19. /******************************************************************************************
  20. * 2279：宏TDQ_SELF获取当前cpu对应的struct tdq对象，这里为&tdq_cpu[5]。

  22.    2281：调用函数tdq_choose从tdq_cpu[5]包含的tdq_realtime队列，tdq_timeshare队列，
  23.          tdq_idle队列三个运行队列中选择一个优先级最高的线程，函数tdq_choose简要描述如下。

  25.    2282-2285，如果函数tdq_choose函数成功fetch一个线程，此时：

  27.    2283-函数tdq_runq_rem完成下面的任务：
  28.    1：递减tdq_cpu[5]中科迁移线程的数目。
  29.    2：将线程td从链表rq_queues[td->td_rqindex]删除。
  30.    3：如果链表rq_queues[td->td_rqindex]为空，就将rq_status.rqb_bits->d_rqindex设置为0.

  32.    2284-更新tdq_lowpri，tdq_lowpri成员保存的是当前在cpu5上运行线程的优先级(数值小)。   
  33. ****************************/
  34.   2279                tdq = TDQ_SELF();
  35.   2280                TDQ_LOCK_ASSERT(tdq, MA_OWNED);
  36.   2281                td = tdq_choose(tdq);
  37.   2282                if (td) {
  38.   2283                        tdq_runq_rem(tdq, td);
  39.   2284                        tdq->tdq_lowpri = td->td_priority;
  40.   2285                        return (td);
  41.   2286                }
  42. /**************************************************************************************************
  43. * 如果执行这里，就表示tdq_cpu[5]包含的tdq_realtime队列，tdq_timeshare队列，tdq_idle队列
  44.    三个运行队列都为空。
  45.   
  46.    #define PRI_MAX_IDLE            (PRI_MAX) 255
  47.    
  48.    struct tdq对象的tdq_lowpri成员：
  49.    tdq_lowpri成员保存的是相应CPU运行队列中线程的最高优先级(数值小)。

  51.    2287：此时将tdq_lowpri成员设置为PRI_MAX_IDLE，意味着将要选择每cpu的idle线程来运行。
  52.          在系统初始化阶段，idle_setup函数会为系统中每个cpu创建一个对应的idle线程，
  53.          描述相应idle线程的struct thread对象的地址保存在相应cpu的struct pcpu对象的
  54.          pc_idlethread成员中，并且将idle线程的优先级设置为PRI_MAX_IDLE。
  55.          这里的话，__pcpu[5].pc_idlethread指向描述cpu5的idle线程的struct thread对象。

  57.    2288：宏PCPU_GET获取__pcpu[5].pc_idlethread，并返回。

  59.    从这里看出，只有当相应cpu的tdq_realtime队列，tdq_timeshare队列，tdq_idle队列三个队列都为空
  60.    时，才会选择每cpu的ilde线程来运行。
  61. ***********************************************************/
  62.   2287                tdq->tdq_lowpri = PRI_MAX_IDLE;
  63.   2288                return (PCPU_GET(idlethread));
  64.   2289        }
复制代码
[ULE线程调度-tdq_choose函数]：
  1. /***************************************************************************
  2. * Pick the highest priority task we have and return it.
  3.    参数描述：
  4.    tdq：这里为&tdq_cpu[5]

  6. ******************************************/
  7.   1282        static struct thread *
  8.   1283        tdq_choose(struct tdq *tdq)
  9.   1284        {
  10.   1285                struct thread *td;
  11.   1286       
  12. /*************************************************************************************
  13. * 1288-1290：
  14.    首先检查tdq_realtime队列，函数runq_choose从rq_status.rqb_bits的bit0开始按序检查，
  15.    如果rq_status.rqb_bits->num为1，就从链表rq_queues[num]上fetch一个线程，并返回
  16.    该线程对应的struct thread对象。
  17. *******************************/
  18.   1287                TDQ_LOCK_ASSERT(tdq, MA_OWNED);
  19.   1288                td = runq_choose(&tdq->tdq_realtime);
  20.   1289                if (td != NULL)
  21.   1290                        return (td);
  22. /************************************************************************************
  23. * 1291-1298：
  24.    如果执行到这里，就表示tdq_realtime队列中没有线程，此时检查tdq_timeshare队列，
  25.    函数runq_choose_from从rq_status.rqb_bits->tdq_ridx开始安序检查，如果
  26.    rq_status.rqb_bits->num为1，就从链表rq_queues[num]上fetch一个线程，并返回
  27.    该线程对应的struct thread对象。

  29.    函数runq_choose_from比函数runq_choose多了一个参数，在函数runq_choose_from中，
  30.    这第二个参数idx表示将从rq_status.rqb_bits->idx开始检查，因为tdq_timeshare队列的
  31.    类型为timeshare，这个额外的参数能够防止其它线程被饿死。
  32. ******************************************/  
  33.   1291                td = runq_choose_from(&tdq->tdq_timeshare, tdq->tdq_ridx);
  34.   1292                if (td != NULL) {
  35.   1293                        KASSERT(td->td_priority >= PRI_MIN_BATCH,
  36.   1294                            ("tdq_choose: Invalid priority on timeshare queue %d",
  37.   1295                            td->td_priority));
  38.   1296                        return (td);
  39.   1297                }
  40. /************************************************************************************
  41. * 1298-1303：
  42.    如果执行到这里，就表示tdq_realtime队列，tdq_timeshare队列两个队列中都没有线程，
  43.    此时检查tdq_idle队列，函数runq_choose从rq_status.rqb_bits的bit0开始按序检查，
  44.    如果rq_status.rqb_bits->num为1，就从链表rq_queues[num]上fetch一个线程，并返回
  45.    该线程对应的struct thread对象。
  46. ******************************************/  
  47.   1298                td = runq_choose(&tdq->tdq_idle);
  48.   1299                if (td != NULL) {
  49.   1300                        KASSERT(td->td_priority >= PRI_MIN_IDLE,
  50.   1301                            ("tdq_choose: Invalid priority on idle queue %d",
  51.   1302                            td->td_priority));
  52.   1303                        return (td);
  53.   1304                }
  54.   1305       
  55. /************************************************************************************
  56. * 如果执行到这里，就表示tdq_realtime队列，tdq_timeshare队列，tdq_idle队列三个队列
  57.    中都没有线程，此时返回NULL。
  58. **************************************/
  59.   1306                return (NULL);
  60.   1307        }
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