什么是抢占/什么是可抢占内核？到底有什么好处呢？

Posted 2023-02-23

【中文标题】什么是抢占/什么是可抢占内核？到底有什么好处呢？

【英文标题】：What is preemption / What is a preemtible kernel? What is it good for?

【发布时间】：2010-10-23 10:56:49

【问题描述】：

用你自己的话解释一下，什么是抢占，它对（linux）内核意味着什么？

拥有可抢占内核的优点和缺点是什么？

【问题讨论】：

为什么要投反对票以及为什么要“做作业”？这不是家庭作业。其实也有人像我一样对这样的问题感兴趣，不理解***的常见文章。

en.wikipedia.org/wiki/Preemption_(computing)

【参考方案1】：

抢占式多任务 - 在单个处理器上运行多个进程/线程，当实际上每个都被分配了小的多路复用时间片来运行时，创造了它们同时运行的错觉。当一个进程被调度为不执行时，它被“抢占”并且等待下一个时间片运行。

抢占式内核是可以在执行代码（例如响应系统调用）的过程中被中断的内核，以执行其他操作并运行其他线程，可能是那些不在内核中的线程。

抢占式内核的主要优点是系统调用不会阻塞整个系统。如果一个系统调用需要很长时间才能完成，那么这并不意味着内核在这段时间内不能做任何其他事情。 主要缺点是这给内核代码带来了更多的复杂性，必须处理更多的最终情况，执行更细粒度的锁定或使用无锁结构和算法。

【讨论】：

这就是为什么当文件系统出现问题时，尤其是网络文件系统，您可能会发现自己的进程无法被杀死。它坐在那里等待系统调用以读取文件系统返回，但它永远不会也不会被中断。

【参考方案2】：

您确实应该使用“抢占式”一词。有不同种类的抢占。本质上，它非常简单，您可能会用另一个名字来理解它。抢占式操作系统可以在用户模式线程之间切换上下文，而无需在抢占式应用程序中进行任何特殊编程。这允许多任务处理。操作系统可以切换回一个进程，这种切换本质上是透明的。还有诸如抢占式内核之类的东西，它允许抢占内核模式线程（大多数操作系统不允许这样做，但某些应用程序（例如实时系统）需要这样做）。请注意，这是一个非常简单的解释。

【讨论】：

我知道，您的贡献是不久前做出的，但无论如何，让我问您一个问题。为什么你更喜欢“抢占式”这个词而不是“可抢占式”？尤其是内核配置使用后者可能会更直观一点。

关于何时发生内核抢占：这个 (***.com/questions/20769768/…) 问题显示了内核线程可以被抢占的情况。

【参考方案3】：

其他人已经充分解释了什么是可抢占内核。

它有什么好处？

主要的好处是：

在非 SMP 系统上降低延迟 - 通常用于实时系统或延迟很重要的其他事物（可能是音频、视频应用） 教没有 SMP 系统的内核开发人员如何为 SMP 编写正确的代码

对于非抢占式内核，在单处理器系统上，内核开发人员可能会很懒惰，并且大部分时间没有任何锁定就可以逃脱 - 当然，这在 SMP 上是一个很大的失败。可抢占式内核让他们无需更多内核即可获得这种痛苦。

【参考方案4】：

我认为post 解释了你的问题：

什么是抢占？

操作系统抢占或停止当前计划任务以支持更高优先级任务的能力。调度可以是但不限于进程或I/O调度等之一。

什么是抢占内核？

在 Linux 下，用户空间程序一直是可抢占的：内核使用常规时钟滴答中断用户空间程序以切换到其他线程。因此，内核不会等待用户空间程序显式释放处理器（协作多任务就是这种情况）。这意味着用户空间程序中的无限循环不会阻塞系统。

然而，在 2.6 内核之前，内核本身是不可抢占的：一旦一个线程进入内核，它就不能被抢占来执行另一个线程。当系统调用终止时，或者当当前线程明确要求调度程序使用 schedule() 函数运行另一个线程时，处理器可用于执行另一个线程。这意味着内核代码中的无限循环阻塞了整个系统，但这并不是真正的问题：内核代码被设计成没有无限循环。

2.6 内核中引入了内核抢占，可以使用 CONFIG_PREEMPT 选项启用或禁用它。如果启用了 CONFIG_PREEMPT，那么内核代码可以在任何地方被抢占，除非代码禁用了本地中断。代码中的无限循环不再阻塞整个系统。如果禁用 CONFIG_PREEMPT，则恢复 2.4 的行为。

优点和缺点？

优点：抢占内核可以改善延迟和可扩展性，并且可以使高优先级任务运行并及时响应。

缺点：在抢占内核中写代码很困难，尤其是在 SMP 中，你必须考虑很多因素。

【讨论】：

这是我一直在寻找的答案。我认为您的答案应该放在首位，以便更多人可以从中受益。

【参考方案5】：

抢占意味着操作系统支持多个任务（一个单独的、独立的代码段），并将按计划在任务之间切换。当一个任务被中断时，它被称为“抢占”。现代操作系统支持这一点——但例如，简单的嵌入式系统不需要它。支持任务切换的开销并不总是值得的。