[MISC] 컨텍스트 스위칭 (context switching)

/* * context_switch - 새 MM 및 새 스레드의 등록 상태로 * 전환합니다. */ static inline void context_switch(struct rq *rq, struct task_struct *prev, struct task_struct *next) { struct mm_struct *mm, *oldmm; prepare_task_switch(rq, 이전, 다음); mm = 다음->mm; oldmm = 이전->active_mm; /* * paravirt의 경우 이는 스위치_to의 종료와 결합되어 * 페이지 테이블 다시 로드와 스위치 백엔드를 * 하나의 하이퍼콜로 결합합니다. */arch_start_context_switch(이전); if (!mm) { next->active_mm = oldmm; omic_inc(&oldmm->mm_count); enter_lazy_tlb(oldmm, 다음); } else switch_mm(oldmm, mm, next); if (!prev->mm) { prev->active_mm = NULL; rq->prev_mm = oldmm; } /* * 실행 대기열 잠금은 다음 작업에 의해 해제될 * 것이므로(유효하지 않은 잠금 작업이지만 * 스케줄러의 경우에는 * 명백한 특수 사례임) * 여기에서 초기 lockdep 해제를 수행합니다. * / #ifndef __ARCH_WANT_UNLOCKED_CTXSW spin_release(&rq->lock.dep_map, 1, _THIS_IP_); #endif /* 여기서는 레지스터 상태와 스택을 전환합니다. */ switch_to(이전, 다음, 이전); 장벽(); /* * this_rq는 다시 평가되어야 합니다. 왜냐하면 prev가 Schedule()을 호출한 이후 * CPU를 이동했을 수 있기 때문입니다. 따라서 해당 스택의 'rq'는 * 유효하지 않게 됩니다. */finish_task_switch(this_rq(), prev); }

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context switching 은 아래 3경우에 일어난다.

• Multitasking
• Interrupt handling
• Kernel mode and user mode switching

이 context switching 은 PCB ( Process Control Block) 이라는 data structure를 통해 구현된다.

위의 그림에서 A의 process PC (Program counter) 및 registers 이 저장되는 공간이 PCB 이며 보통 kernel space의 stack 공간에 저장된다 .

Interrupt handling은 process context 와 interrupt context의 switching이 일어나는 경우이다.

Interrupt handling은 CPU 내 어떤 interrupt 가 발생했을 때 해당 interrupt 를 처리하기 위한 활동이다.

인터럽트가 발생한 시점에 현재 시점에 runnign 중인 process context 와 interrupt context 간의 switching이 일어난다.

Interrupt context 는 interrupt 가 발생한 시점의 request 를 처리하기 위한 context 로서 최소한의 문맥교환만 일어난다. (Interrupt 처리 후 process context 로 switching 될 때 overhead를 최소화 하기 위

또한 이러한 Interrupt handler 를 “top half” 라고도 부른다. top half 및 bottom half 가 있는데 의미는 아래와 같다.

• Top half : hw interrupt 가 발생했을 때 interrupt 의 request 에 대한 response를 담당
• Bottom half : 해당 interrupt 에 대한 실제 처리를 담당

Bottom-half 는 workqueue 와도 관련이 있다.

sched.c - kernel/sched.c - Linux source code (v2.6.39.4) - Bootlin

/*
 * context_switch - switch to the new MM and the new
 * thread's register state.
 */
static inline void context_switch(struct rq *rq, struct task_struct *prev, 
struct task_struct *next)
{
	struct mm_struct *mm, *oldmm;

	prepare_task_switch(rq, prev, next);

	mm = next->mm;
	oldmm = prev->active_mm;
	/*
	 * For paravirt, this is coupled with an exit in switch_to to
	 * combine the page table reload and the switch backend into
	 * one hypercall.
	 */
	arch_start_context_switch(prev);

	if (!mm) {
		next->active_mm = oldmm;
		atomic_inc(&oldmm->mm_count);
		enter_lazy_tlb(oldmm, next);
	} else
		switch_mm(oldmm, mm, next);

	if (!prev->mm) {
		prev->active_mm = NULL;
		rq->prev_mm = oldmm;
	}
	/*
	 * Since the runqueue lock will be released by the next
	 * task (which is an invalid locking op but in the case
	 * of the scheduler it's an obvious special-case), so we
	 * do an early lockdep release here:
	 */
#ifndef __ARCH_WANT_UNLOCKED_CTXSW
	spin_release(&rq->lock.dep_map, 1, _THIS_IP_);
#endif

	/* Here we just switch the register state and the stack. */
	switch_to(prev, next, prev);

	barrier();
	/*
	 * this_rq must be evaluated again because prev may have moved
	 * CPUs since it called schedule(), thus the 'rq' on its stack
	 * frame will be invalid.
	 */
	finish_task_switch(this_rq(), prev);
}

mm struct

유저 공간에서 생성된 프로세스에 대한 정보 (mm)을 교환하고, cPU레지스터들의 값을 바꿔준다.

해당 글은 기록용으로 문제시 삭제조치 하도록 하겠습니다.

출처
[Linux][Kernel]메모리 디스크립터 - struct mm_struct 구조체 소개

이 글은 옵시디언을 이용해서 작성되었습니다.