sched_init과 idle 준비: 실행할 일이 없을 때도 CPU 상태는 필요합니다

이 코드는 어떤 문제를 푸나요?

스케줄러는 여러 작업 중 하나를 고르지만, 실행할 일반 작업이 하나도 없는 경우도 표현해야 합니다. CPU마다 idle task가 있는 이유입니다. sched_init 전체의 자료구조 초기화를 읽기 전에 init_idle 한 함수를 통해 task와 CPU의 실행 큐가 어떻게 연결되는지 살펴보겠습니다.

읽을 범위: v6.6 · kernel/sched/core.c · init_idle 9250–9319행입니다. 아래에 이 범위의 원문과 각 줄의 설명을 실었습니다. 주제 전체의 흐름과 다른 경로는 기존 분석에서 함께 읽으실 수 있습니다.

먼저 알아둘 개념

runqueue

CPU별 실행 상태와 실행 가능한 작업을 관리하는 자료구조입니다. 단순한 하나의 연결 리스트가 아니라 스케줄링 클래스별 정보를 포함합니다.

idle task

해당 CPU가 다른 작업을 실행할 수 없을 때 선택하는 특별한 task입니다. 일반 사용자 task와 같은 정책으로 경쟁하도록 만들어 놓지 않습니다.

현재 task와 idle task

rq->curr는 현재 실행 task, rq->idle은 해당 CPU의 기본 idle task를 가리킵니다. 초기 idle 설정에서는 둘 다 같은 idle을 가리키게 합니다. 이 v6.6 함수에는 rq->donor 설정이 없습니다.

처음 읽을 때

CPU 0과 CPU 1의 rq를 각각 그리고 각자의 idle task를 연결해 보세요. 아무 작업이 없다는 상태도 NULL 대신 실행 가능한 특별한 task로 표현합니다.

더 깊이 살펴볼 때

CONFIG_SMP 조건부 컴파일과 pi_lock·rq 잠금·RCU 게시의 역할을 구분해 보세요. __sched_fork가 idle에 필요한 스케줄링 필드를 초기화하는 위치도 최신 버전과 직접 비교할 수 있습니다.

그림으로 보는 변화

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1단계 고정

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1. CPU별 실행 기반 선택

cpu_rq(cpu), cpumask_of(cpu)

화살표는 초기화 순서입니다. CPU를 이동시키는 동작이 아니라 대상 CPU의 자료를 선택합니다.

2. idle task를 CPU에 연결

TASK_RUNNING, CPU affinity, __set_task_cpu

idle은 지정된 CPU에 머무는 특별한 task로 준비됩니다.

3. 실행 큐의 기본 task로 등록

rq->idle / rq->curr

연결 화살표는 포인터 참조를 뜻합니다. v6.6의 이 초기 상태에서는 두 포인터가 같은 idle task를 가리킵니다.

init_idle를 한 줄씩 읽기

줄 번호는 v6.6 원문 기준입니다. 주석·빈 줄을 포함한 함수 전체를 먼저 보고, 그 아래에서 각 줄을 설명합니다.

void __init init_idle(struct task_struct *idle, int cpu)
{
#ifdef CONFIG_SMP
	struct affinity_context ac = (struct affinity_context) {
		.new_mask  = cpumask_of(cpu),
		.flags     = 0,
	};
#endif
	struct rq *rq = cpu_rq(cpu);
	unsigned long flags;

	__sched_fork(0, idle);

	raw_spin_lock_irqsave(&idle->pi_lock, flags);
	raw_spin_rq_lock(rq);

	idle->__state = TASK_RUNNING;
	idle->se.exec_start = sched_clock();
	/*
	 * PF_KTHREAD should already be set at this point; regardless, make it
	 * look like a proper per-CPU kthread.
	 */
	idle->flags |= PF_KTHREAD | PF_NO_SETAFFINITY;
	kthread_set_per_cpu(idle, cpu);

#ifdef CONFIG_SMP
	/*
	 * It's possible that init_idle() gets called multiple times on a task,
	 * in that case do_set_cpus_allowed() will not do the right thing.
	 *
	 * And since this is boot we can forgo the serialization.
	 */
	set_cpus_allowed_common(idle, &ac);
#endif
	/*
	 * We're having a chicken and egg problem, even though we are
	 * holding rq->lock, the CPU isn't yet set to this CPU so the
	 * lockdep check in task_group() will fail.
	 *
	 * Similar case to sched_fork(). / Alternatively we could
	 * use task_rq_lock() here and obtain the other rq->lock.
	 *
	 * Silence PROVE_RCU
	 */
	rcu_read_lock();
	__set_task_cpu(idle, cpu);
	rcu_read_unlock();

	rq->idle = idle;
	rcu_assign_pointer(rq->curr, idle);
	idle->on_rq = TASK_ON_RQ_QUEUED;
#ifdef CONFIG_SMP
	idle->on_cpu = 1;
#endif
	raw_spin_rq_unlock(rq);
	raw_spin_unlock_irqrestore(&idle->pi_lock, flags);

	/* Set the preempt count _outside_ the spinlocks! */
	init_idle_preempt_count(idle, cpu);

	/*
	 * The idle tasks have their own, simple scheduling class:
	 */
	idle->sched_class = &idle_sched_class;
	ftrace_graph_init_idle_task(idle, cpu);
	vtime_init_idle(idle, cpu);
#ifdef CONFIG_SMP
	sprintf(idle->comm, "%s/%d", INIT_TASK_COMM, cpu);
#endif
}

void __init init_idle(struct task_struct *idle, int cpu)

#ifdef CONFIG_SMP

	struct affinity_context ac = (struct affinity_context) {

		.new_mask  = cpumask_of(cpu),

		.flags     = 0,

#endif

	struct rq *rq = cpu_rq(cpu);

	unsigned long flags;

	__sched_fork(0, idle);

	raw_spin_lock_irqsave(&idle->pi_lock, flags);

	raw_spin_rq_lock(rq);

	idle->__state = TASK_RUNNING;

	idle->se.exec_start = sched_clock();

	idle->flags |= PF_KTHREAD | PF_NO_SETAFFINITY;

	kthread_set_per_cpu(idle, cpu);

#ifdef CONFIG_SMP

	set_cpus_allowed_common(idle, &ac);

#endif

	rcu_read_lock();

	__set_task_cpu(idle, cpu);

	rcu_read_unlock();

	rq->idle = idle;

	rcu_assign_pointer(rq->curr, idle);

	idle->on_rq = TASK_ON_RQ_QUEUED;

#ifdef CONFIG_SMP

	idle->on_cpu = 1;

#endif

	raw_spin_rq_unlock(rq);

	raw_spin_unlock_irqrestore(&idle->pi_lock, flags);

	init_idle_preempt_count(idle, cpu);

	idle->sched_class = &idle_sched_class;

	ftrace_graph_init_idle_task(idle, cpu);

	vtime_init_idle(idle, cpu);

#ifdef CONFIG_SMP

	sprintf(idle->comm, "%s/%d", INIT_TASK_COMM, cpu);

#endif

함께 생각해 볼 질문

출처와 읽은 범위

Linux stable v6.6 · kernel/sched/core.c

해당 버전 원본 파일 · 기존 코드 분석 · 설명 원고