调度、睡眠与唤醒

多路复用 Multiplexing

场景: 当一个进程等待磁盘请求时， xv6 使之进入睡眠状态， 然后调度执行另一个进程。 另外，当一个进程耗尽了它在处理器上运行的时间片（10w 指令）后， xv6 使用时钟中断强制它停止运行，这样调度器才能调度运行其他进程

1. 简单地使用时钟中断处理程序来驱动上下文切换
   • p1 时间长, timer, yield
2. 可能出现多个 CPU 同时切换进程的情况
   • 那么我们必须使用一个带锁的方案来避免竞争
3. 进程退出时必须释放其占用内存与资源，
   • 但由于它本身在使用自己的资源（譬如其内核栈）
   • 所以不能由该进程本身释放其占有的所有资源
     • 父进程
     • parent
       • child -> init

sched()/scheduler

sched() 主要目的是要将进程上下文切换到 mycpu()->scheduler

1. 通常一段程序代码的执行被称为 thread
   • 如果在内核态执行，为 kernel thread
   • 否则在用户态执行，为 user thread
2. sched() 调用的条件是：
   • 持有 ptable.lock
   • 进程释放其他持有的锁
   • 并且修改了 p->state 状态
   • 调用 sched() 来调度进程
3. 传递 intena 位,因为 intena 是 thread 的属性，而非 CPU 的

yield

../../study/os/xv6-public/proc.c

1. yield 获取 ptable.lock
2. 然后通过调用 sched() 主动释放 CPU

调度中锁循环

1. 在遍历 ptable 是先获取 ptable.lock
2. 如果没有可调度的进程 (RUNNABLE), 则 Round Robin 结束后释放锁
3. 否则出现上下文切换 swtch
   • 这时会在 forkret 中释放 ptable.lock 锁
   • 后续如果进程调用 sched(), 根据之前的推导则又持有锁
     • 通常在 yield() 中获取
     • 也有在 sleep() 中获取, 通过 spinlock 转换成 ptable.lock
   • 如此反复，不会出现死锁

   ptable.lock k => u: scheduler (acquire) = swtch => forkret (release) u => k: yield (acquire) => sched(swtch) => (release) swtch

Sleep & Wakeup

sleep 和 wakeup 是一对系统调用，其工作方式如下

1. sleep 设置 p->state = SLEEPING, 然后调用 sched 释放 CPU
   • 让进程在任意的 chan 上休眠，称之为等待队列（wait channel）
     • chan 一般就是资源的内核地址
       • disk I/O
       • console
     • 用于唤醒时查找到对于 chan 上的进程, Multiplexing
   • sleep 需要设置一个等待的锁 lk
     • 锁交换 lk <-> ptable.lock
     • 如果 lk == ptable.lock 跳过锁交换过程
   • sleep 让调用进程休眠，释放所占 CPU
2. wakeup(chan) 则唤醒在 chan 上休眠的所有进程
   • 让他们的 sleep 调用返回
   • 如果没有进程在 chan 上等待唤醒，wakeup 就什么也不做