Architecture별 scheduler hook

Architecture code를 위한 CPU scheduler 구현 지침

기본적으로 architecture의 switch_to function은 runqueue가 lock된 상태에서 호출된다. Switch_to가 runqueue lock을 다시 획득해야 하는 경우가 아니라면 보통 문제가 되지 않는다. 이러한 상황은 대개 context switch 도중 wakeup operation이 발생할 때 생긴다.

Scheduler가 runqueue를 unlock한 상태에서 switch_to를 호출하도록 요청하려면 header file, 보통 switch_to가 정의된 header에서 __ARCH_WANT_UNLOCKED_CTXSW를 define해야 한다. Unlocked context switch가 CONFIG_SMP의 core scheduler 구현에 추가하는 성능 비용은 매우 작다.

CPU idle routine 규칙

• Idle routine을 실행하는 동안 preemption은 disable되어야 한다. schedule()을 호출할 때만 enable하고 그 뒤 다시 disable해야 한다.
• need_resched 또는 TIF_NEED_RESCHED는 set되기만 하며, 실행 중인 task가 schedule()을 호출하기 전에는 clear되지 않는다. Idle thread는 need_resched를 조회하기만 해야 하고 set하거나 clear해서는 안 된다.
• cpu_idle이 need_resched() == true를 발견하면 schedule()을 호출해야 한다. 그 밖의 경우에는 schedule()을 호출해서는 안 된다.
• Need_resched를 확인할 때 interrupt를 disable해야 하는 경우는 processor를 다음 interrupt까지 sleep시키려는 때뿐이다. 이는 need_resched를 보호하기 위한 것이 아니라 interrupt를 놓치지 않기 위한 조치다.

다음 코드는 interrupt를 다시 enable한 직후 reschedule interrupt가 도착하고, 그 뒤 processor가 sleep instruction에 들어가 wakeup을 놓칠 수 있는 흔한 문제를 보여 준다.

local_irq_disable();
if (!need_resched()) {
        local_irq_enable();
        /* resched interrupt arrives here */
        __asm__("sleep until next interrupt");
}

need_resched가 set될 때 interrupt 없이도 깨어날 수 있는 idle routine은 TIF_POLLING_NRFLAG를 set할 수 있다. 즉 need_resched를 주기적으로 polling해야 하지만, 그 사이 background work를 수행하거나 낮은 CPU priority로 실행하는 것은 가능하다.

TIF_POLLING_NRFLAG가 set된 상태에서 interrupt sleep에 들어가기로 했다면 flag를 clear한 뒤 memory barrier를 수행해야 한다. 이어서 interrupt를 disable한 상태로 need_resched를 다시 검사해야 한다.

예제와 architecture 문제

arch/x86/kernel/process.c에는 polling 방식과 sleeping 방식 idle function의 예제가 모두 있다.

문서 작성자가 확인한 sparc 관련 가능성으로는 이 지점에서 IRQ가 켜져 있을 수 있어 local_irq_save를 local_irq_disable로 바꾸는 문제와, secondary CPU에서 preemption을 disable해야 한다는 TODO가 있다.