Планирование процессов Linux в режиме ядра

Решения о планировании ЦП могут иметь место, когда процесс:

1. Switches from running to waiting state (e.g. I/O request)
2. Switches from running to ready state (e.g. Interrupt)
3. Switches from waiting to ready (e.g. I/O completion)
4. Terminates

Планирование под номерами 1 и 4 не является вытесняющим, а все остальное планирование является упреждающим, поэтому необходимо учитывать возможность того, что операции (системные вызовы) могут быть незавершенными.

Да, Linux обеспечивает упреждающее планирование при определенных условиях, в отличие от некоторых вариантов Unix, где ядро ​​планирует до завершения без прерывания. В Linux 2.6 ядро ​​было сделано для вытеснения задачи, выполняющейся до тех пор, пока она не удерживает блокировку и безопасна для перепланирования.

Older versions of the kernel had a so-called big kernel lock for synchronization 
across the entire kernel.

относится к каждому потоку уровня пользователя, отображаемому только в один поток ядра.

Конечно, приоритетное обслуживание ядра является условным. Вы бы не хотели, чтобы ядро ​​переключало задачи, удерживая исключительную блокировку или во время записи в чувствительные ко времени аппаратные регистры в драйвере устройства.

Однако ядро ​​Linux делает все возможное, чтобы минимизировать эти условия, чтобы вытеснение происходило как можно быстрее.

Обратите внимание, что это приоритетное прерывание в ядре компилируется в ядро ​​только тогда, когда для параметра компиляции CONFIG_PREEMPT установлено значение yes. Существует также CONFIG_PREEMPT_VOLUNTARY, который выполняет переключение задач только тогда, когда ядро ​​явно проверяет это.

Вытеснение ядра требует определенных затрат. Чтобы быстро переключаться между задачами, вместо фактической работы нужно выполнять много бесполезной работы по дому. Это замедляет работу всей системы и снижает объем выполняемой работы. Вот почему существуют эти варианты компиляции. Ядро Linux, созданное для базы данных или веб-сервера, вообще не должно использовать приоритетное прерывание. Ядро, созданное для HPC, иногда модифицируется, чтобы переключать задачи только раз в секунду или реже.

Все это меняется для задач в реальном времени. Эти задачи зависят от быстрого реагирования в надежные сроки. Ядро Linux по умолчанию неплохо справляется с этим, но есть набор патчей, называемый «-rt patches», который делает его действительно хорошим. Набор исправлений выполняет всевозможные вещи, такие как приоритезация обработчиков прерываний и изменение блокировок ядра, чтобы блокировки можно было сбросить и перезапустить позже.