-- linux爱好者，业余时间热衷于分析linux内核源码 -- 目前主要研究云计算和虚拟化相关的技术，主要包括libvirt/qemu，openstack，opennebula架构和源码分析。 -- 第五届云计算大会演讲嘉宾 微博：@Marshal-Liu
分类： LINUX
2009-08-05 20:24:25
作者：Dean Tullsen Richard Strong ACM SIGOPS 2009.02
这篇文章主要是提出了一种改进的快速的线程切换方法，减少线程在不同的core之间切换时的开销。
基于linux2.6.18内核，作者提出了两种改进的方法，并对每种方法做了详细的测试数据分析和性能评价，个人感觉这篇论文给我们了一个启示，熟读内核，。。。。。。。。。
我们下来看下作者实现的成果：
（1）内核切换的延迟减少了一半甚至更多，比起现在的内核切换机制
（2）提出了几种基于软件的减少内核切换代价的实现方法
（3）在真机和模拟器上编写了测试用的benchmarks
现在先来介绍一下现有的线程在内核间切换的方法，以便理解本文提出的方法（以linux2.6.23前的代码为例）
1 linux2.6.23之前的不同内核之间的线程切换机制（个人意见，有错请指正）
当某个线程想要切换到或将要被切换到其他core上时，首先把自己放在一个每CPU变量的迁移队列上，然后唤醒或是把控制权交给一个进程，可以叫它 “迁移进程”，这个进程每个core都有一个，感觉应该是每个物理 core有一个（不确定）。这个进程来完成真正的把要迁移的进程放到目标core的运行队列上，这时候就会有几种情况：
（1）如果目标core是idle的，“迁移进程”就会发一个signal给目标core，来触发它执行schedule（）
（2）如果目标core不出于idle.“迁移进程”就什么也不做
做完上面的操作后，“迁移进程”返回，即再切换到原来的schedule（）.从运行队列中再选择一个进程来运行。
从这个过程我们可以看出，进行了两次进程的切换，即先要切换到"迁移进程"，然后再从“迁移进程”切换回。 作者的目的就是想在某些情况下，减少这种上下文的切换，从而实现一种快速的切换机制。
2 作者提出的快速的不同cores之间的线程切换机制
方法一：新加一个实现不同core之间线程切换的系统调用switchcores,另外重新优化现有内核的schedule（）
基本思想是：
不改变schedule（）的参数，但是在thread_info中新增加了一个数据成员CPUID（具体之cpu core ID），如果这个数据成员被置位的话,schedule将会无条件的把当前选中的或正在执行的线程T移出运行队列，并把它放到一个每CPU或是每core 队列中，文中把这个队列叫做AQ（alternate Queue），然后重新返回原来的schedule（）代码执行，去选择下一个要运行的进程假设是N来运行，当进程N运行之前，它先去检查AQ这个队列， 如果发现它不为空，就会把队列上的线程一个个的发送CPUID指定的目标core的运行队列上去，并且给目标core发送一个信号，触发目标core调用 schedule（）。
方法二:提出并实现了一种作者成为fast-paths的schedule()
由于这个思想也比较简单，就直接看这段伪代码。
这部分的原理代码已经写的非常清楚，需要稍微说明的一点就是fast_schedule_source中删除了检查AQ的几句代码，主要原因是这部分在schedule中已经做了！
其实文中还提到了IPI，但是因为代价太高，没有被采用
3 通过上面的分析我们可以想到虽然这种机制减少了切换，但是必须显示的指明需要进行不同core之间的线程切换才行，这就引出一个非常重要的问题：切换的时机是什么？
我们也会很自然的想到，增加系统调用是最好的显示声明，作者也是增加了corewitch（destcoreset,flags）系统调用，由flags来决定不同的切换的策略，比如说是否有CPU的亲和性等等。
文中给出了一个实例！
作者：Dean Tullsen Richard Strong ACM SIGOPS 2009.02
这篇文章主要是提出了一种改进的快速的线程切换方法，减少线程在不同的core之间切换时的开销。
基于linux2.6.18内核，作者提出了两种改进的方法，并对每种方法做了详细的测试数据分析和性能评价，个人感觉这篇论文给我们了一个启示，熟读内核，。。。。。。。。。
我们下来看下作者实现的成果：
（1）内核切换的延迟减少了一半甚至更多，比起现在的内核切换机制
（2）提出了几种基于软件的减少内核切换代价的实现方法
（3）在真机和模拟器上编写了测试用的benchmarks
现在先来介绍一下现有的线程在内核间切换的方法，以便理解本文提出的方法（以linux2.6.23前的代码为例）
1 linux2.6.23之前的不同内核之间的线程切换机制（个人意见，有错请指正）
当某个线程想要切换到或将要被切换到其他core上时，首先把自己放在一个每CPU变量的迁移队列上，然后唤醒或是把控制权交给一个进程，可以叫它 “迁移进程”，这个进程每个core都有一个，感觉应该是每个物理 core有一个（不确定）。这个进程来完成真正的把要迁移的进程放到目标core的运行队列上，这时候就会有几种情况：
（1）如果目标core是idle的，“迁移进程”就会发一个signal给目标core，来触发它执行schedule（）
（2）如果目标core不出于idle.“迁移进程”就什么也不做
做完上面的操作后，“迁移进程”返回，即再切换到原来的schedule（）.从运行队列中再选择一个进程来运行。
从这个过程我们可以看出，进行了两次进程的切换，即先要切换到"迁移进程"，然后再从“迁移进程”切换回。 作者的目的就是想在某些情况下，减少这种上下文的切换，从而实现一种快速的切换机制。
2 作者提出的快速的不同cores之间的线程切换机制
方法一：新加一个实现不同core之间线程切换的系统调用switchcores,另外重新优化现有内核的schedule（）
基本思想是：
不改变schedule（）的参数，但是在thread_info中新增加了一个数据成员CPUID（具体之cpu core ID），如果这个数据成员被置位的话,schedule将会无条件的把当前选中的或正在执行的线程T移出运行队列，并把它放到一个每CPU或是每core 队列中，文中把这个队列叫做AQ（alternate Queue），然后重新返回原来的schedule（）代码执行，去选择下一个要运行的进程假设是N来运行，当进程N运行之前，它先去检查AQ这个队列， 如果发现它不为空，就会把队列上的线程一个个的发送CPUID指定的目标core的运行队列上去，并且给目标core发送一个信号，触发目标core调用 schedule（）。
方法二:提出并实现了一种作者成为fast-paths的schedule()
由于这个思想也比较简单，就直接看这段伪代码。
这部分的原理代码已经写的非常清楚，需要稍微说明的一点就是fast_schedule_source中删除了检查AQ的几句代码，主要原因是这部分在schedule中已经做了！
其实文中还提到了IPI，但是因为代价太高，没有被采用
3 通过上面的分析我们可以想到虽然这种机制减少了切换，但是必须显示的指明需要进行不同core之间的线程切换才行，这就引出一个非常重要的问题：切换的时机是什么？
我们也会很自然的想到，增加系统调用是最好的显示声明，作者也是增加了corewitch（destcoreset,flags）系统调用，由flags来决定不同的切换的策略，比如说是否有CPU的亲和性等等。
文中给出了一个实例！
做到动态的指示切换的时机，可以在考虑下！
4 作者利用M5测试了修改过的程序的运行
5 文中还提到了：在实际的多核机器上，让一些CPU处于idle状态能明显的降低功耗，这是否可以启发我们不要一味的追逐负载平衡，设计一种间接的公平调度机制呢？
今天就写到这吧！
总体感觉这篇文章很清新，很小的一个方面，很少的代码修改，就能写出一篇不错的文章。而且，这种文章更有实用性！！！！！
做到动态的指示切换的时机，可以在考虑下！
4 作者利用M5测试了修改过的程序的运行
5 文中还提到了：在实际的多核机器上，让一些CPU处于idle状态能明显的降低功耗，这是否可以启发我们不要一味的追逐负载平衡，设计一种间接的公平调度机制呢？
今天就写到这吧！
总体感觉这篇文章很清新，很小的一个方面，很少的代码修改，就能写出一篇不错的文章。而且，这种文章更有实用性！！！！！
