Posted on 2012-01-15 07:01
djx_zh 閱讀(5570)
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實現線程庫的一個核心問題是實現線程的切換。線程切換主要做了兩件事：一是舊線程執行環境的保存，二是新線程執行環境的恢復。執行環境主要指寄存器，棧的切換也是通過寄存器的切換來完成的。
非搶占式用戶級線程可以使用兩類接口來實現： longjmp和setjmp; swapcontext,makecontext,setcontext. 在此不再贅述。
搶占式用戶級線程切換線程切換的時機。 切換分兩種，一種是主動切換，一種是被動切換。主動切換是非搶占式的；被動切換發生在時間片用完之后，一個線程的時間片用完后就要強行切換到另外的線程。那么被動切換很自然的要發生在時鐘中斷里。在linux里面我們使用alarm信號。既然如此，趕快動手吧。
void timeHandler (int signo)
{
thread_list * old; if(signo != SIGALRM) return ;
signal(SIGALRM,timeHandler);
//! 如果有結束了的線程，釋放該線程。
...
old = sys.current;
if(old == 0){
if(sys.threads){
sys.current = sys.threads;
longjmp(sys.current -> thread.buf, 1 );
}
}else{
sys.current = GetNext(sys.current)
if(sys.current){
if (!setjmp(old -> thread.buf,1)){
longjmp(sys.current -> thread.buf, 1 );
}
}
}
} 我們會很悲觀的發現，alarm信號只發生了一此。問題出在哪兒呢？原來linux的信號是不可重入的。進入信號處理函數之前，該信號被屏蔽，退出該信號處理函數之后該信號重新開放。而在信號處理函數中發生longjmp后，程序就跳轉到其他線程，該信號處理函數不能退出。為了能再次進入信號處理函數，我們在切換之前就要重新開放該信號。我們可以使用siglongjmp/sigsetjmp代替longjmp/setjmp.
雖然該方法能夠實現搶占功能，但總讓人覺得不舒服。沒有退出的信號處理函數讓人如骨鯁在喉。有沒有更優美的方法呢?
先來看一下信號處理的流程：以alarm信號為例。
1。 alarm信號到達，執行權由用戶空間進入內核空間，棧自動切換到內核棧(內核棧指針存放在TSS結構的ESP0中）。同時用戶空間的執行環境存放到內核棧中。
2。 內核進行一些信號相關工作。 最后發現我們注冊了alarm信號的處理函數，然后建立執行信號handler的棧環境（通常在用戶棧棧頂），將已經保存在內核棧中的用戶執行環境復制到信號處理函數棧。 然后通過reti從內核返回到用戶空間，恢復用戶空間執行環境，執行信號處理函數。
3。 執行完信號處理函數后，再次進入內核，注意此次進入內核后，內核棧會再次自動保存用戶空間執行環境，但這不是我們需要的。所以內核會將信號處理函數棧中的用戶執行環境復制回內核棧。
4。 再次從內核空間切換到用戶空間，用戶執行環境自動恢復到alarm信號到達時的執行狀態。
分析后我們會發現，當我們執行信號處理函數時，棧頂是保存了用戶執行環境的，通過更換這個執行環境，就可以達到用戶態線程切換的目的。
#include <sys/ucontext.h>
# if __WORDSIZE == 64
#define OFFSET_TO_SIGCONTEXT 7
# else
#define OFFSET_TO_SIGCONTEXT 3
# endif
{
unsigned int i, j;
sigcontext* psig_context;
if(signo != SIGALRM) return ;
signal(SIGALRM,timeHandler);
__asm( "lea (%%" bp_register ", %1), %0":"=r"(psig_context): "r"(OFFSET_TO_SIGCONTEXT* sizeof(ptr_size*)));
schedule(psig_context);
}用戶執行環境用sigcontext結構體來描述， 在64位系統中，該結構體位于 RBP + 7*8 位置處； 在32位系統中位于EBP+3*4位置處。
__asm( "lea (%%" bp_register ", %1), %0":"=r"(psig_context): "r"(OFFSET_TO_SIGCONTEXT* sizeof(ptr_size*))); 用于獲得該結構體指針，然后就可以傳到 調度函數用戶線程切換了。
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