77 lines
3.3 KiB
Markdown
77 lines
3.3 KiB
Markdown
# 04 时钟、内核线程与调度
|
||
|
||
## 目标
|
||
|
||
建立 kernel 内部并发执行能力，为驱动等待、异步 I/O、进程和用户态做准备。
|
||
|
||
## 前置条件
|
||
|
||
- 中断入口可用。
|
||
- 内存分配可用。
|
||
- 至少一个 timer 可接入。
|
||
|
||
## 建议边界
|
||
|
||
- `kernel/sched/`：线程、调度器、等待队列。
|
||
- `kernel/time/`：通用时间与 timer 抽象。
|
||
- `arch/x86/`：具体 timer、上下文切换。
|
||
|
||
## 实现内容
|
||
|
||
- 建立 kernel thread。
|
||
- 建立上下文切换。
|
||
- 建立 run queue。
|
||
- 建立 sleep/wakeup。
|
||
- 建立基础 spinlock 或 interrupt-safe lock。
|
||
- 接入 timer tick 或 one-shot timer。
|
||
- 为 workqueue、deferred work、completion、引用计数生命周期管理预留位置。
|
||
|
||
## 非玩具化约束
|
||
|
||
- 调度器不能直接绑定某一种硬件 timer。
|
||
- 线程数量不能固定写死。
|
||
- 等待队列要能被驱动、文件系统和进程等待复用。
|
||
- 日志只能辅助观察，不能成为调度逻辑的一部分。
|
||
- 内核对象不能依赖“永不释放”的假设。
|
||
- 任何可睡眠路径和不可睡眠路径要从接口上区分。
|
||
|
||
## 验收方式
|
||
|
||
- 两个以上 kernel thread 能轮转。
|
||
- 线程可以 sleep 并被 timer 唤醒。
|
||
- 调度现场保存和恢复稳定。
|
||
- 基础对象生命周期规则有文档和调用约束。
|
||
|
||
## 当前状态
|
||
|
||
基础完成：
|
||
|
||
- 已建立 x86 PIC remap，外部 IRQ 使用 vector 32-47，不再和 CPU exception 混用。
|
||
- 已接入 PIT periodic timer，当前频率为 100Hz。
|
||
- 已建立通用 `timer_tick()` 入口和 `timer_ticks()` 计数接口。
|
||
- 已在 trap dispatch 中区分 CPU exception 和外部 IRQ。
|
||
- 已对 timer IRQ0 发送 EOI，避免中断只触发一次。
|
||
- 已建立最小 kernel thread 对象，包含 id、状态、入口、参数、内核栈和 run queue 链接。
|
||
- 已建立动态 run queue，不固定写死线程数量。
|
||
- 已能通过 `kernel_thread_create()` 动态分配线程对象和内核栈。
|
||
- 已建立 x86 上下文切换入口，保存/恢复 callee-saved 寄存器和栈指针。
|
||
- 已建立线程 trampoline，新线程能从独立内核栈进入自己的入口函数。
|
||
- 已建立协作式 round-robin，两个 kernel thread 能通过 `sched_yield()` 轮转运行。
|
||
- 已把调度接入 `timer_tick()`，timer tick 会唤醒到期 sleep 线程并触发 round-robin。
|
||
- 已建立 idle thread，所有普通线程 sleep/wait 时由 idle 承接 CPU。
|
||
- 已提供 `sched_sleep()`，线程可以睡眠指定 tick 数并被 timer 唤醒。
|
||
- 已提供 `wait_queue_init()`、`wait_queue_sleep()`、`wait_queue_wake_one()` 和 `wait_queue_wake_all()`。
|
||
- `scripts/check.sh` 已验证 `timer initialized`、`timer tick=1/2/3`、`scheduler initialized`、`kernel thread selftest ok`、timer 驱动线程轮转、`sched_sleep()` 和 wait queue wakeup。
|
||
|
||
后续扩展：
|
||
|
||
- 把 IRQ 分发扩展为可注册 handler 的表，而不是只处理 timer。
|
||
- 把当前直接在 timer IRQ 内触发调度的路径收敛为更明确的 interrupt-exit reschedule 模型。
|
||
- 建立基础 spinlock 或 interrupt-safe lock。
|
||
- 为 wait queue 增加条件等待、超时等待和状态检查。
|
||
- 为线程退出增加资源回收路径。
|
||
|
||
下一阶段：
|
||
|
||
- 继续在 `04-time-scheduler.md` 内推进 interrupt-safe lock、线程退出回收和更严格的 interrupt-exit reschedule。
|