Главная » Ядро Linux » Блокировки между обработчиками нижних половин

0

Мы  еще  не  касались вопросов, связанных с блокировками. Этой  теме  посвящены следующие две  главы.   Тем  не  менее  очень  важно  понимать,  что  решающим  моментом  при  обработке нижних половин является защита  данных  общего  доступа  от  конкурентных изменений,  даже  на однопроцессорной машине. Следует  помнить, что  обработчик нижней половины прерывания потенциально может  выполняться в любой момент   времени. Может  потребоваться  вернуться к  текущему  разделу,  после  прочтения  следующих  двух глав, если  вы  далеки  от вопросов, связанных с  блокировками.

Одно  из  преимуществ использования  тасклетов состоит  в том, что  они  всегда  выполняются последовательно по  отношению к себе:  один  и тот же такслет  никогда не будет  выполняться  параллельно  себе  даже  на  двух  разных   процессорах.  Это  означает, что  нет  необходимости заботиться о  проблемах,  связанных с  конкурентным выполнением  тасклетов одного  типа.   Конкурентное  выполнение  тасклетов нескольких разных  типов   (в  случае,  если  они  совместно  используют одни  данные)  требует  применения блокировок.

Так  как  отложенные  прерывания  не  обеспечивают строгой   последовательности выполнения  (даже  два  обработчика одного   и  того  же  отложенного прерывания  могут выполняться параллельно), то  все  совместно используемые данные требуют  соответствующих  блокировок.

Если  из  контекста процесса необходимо обращаться к данным,  которые используются  как  контекстом процесса, так  и  обработчиком нижней половины,  то  необходимо  запретить обработку нижних половин  и  захватить   блокировку перед  тем,  как начинать работу  с данными. Это  позволяет гарантировать защиту  совместно используемых  данных  как  на  локальном процессоре,  так  и  на  разных  процессорах SMP  системы,  а также  предотвратить взаимоблокировки.

Если  имеются данные,  которые могут  совместно использоваться в контексте прерывания и  в  обработчике нижней половины,  то  необходимо запретить прерывания и  захватить  блокировку перед  тем, как  обращаться к  этим  данным. Именно эти  две операции  позволяют  предотвратить  взаимоблокировку  и  обеспечить  защиту  для SMP-систем.

Все  совместно  используемые данные,  к  которым необходимо обращаться из  очередей  действий,  также  требуют  применения  блокировок.  Проблема блокировок в этом  случае  ничем   не  отличается от  блокировок обычного кода  ядра, так  как  очереди действий всегда  выполняются в  контексте процесса.

В главе 8 будут рассмотрены хитрости, связанные с блокировками. В главе 9 будут описаны  базовые элементы ядра,  которые позволяют осуществлять блокировки.

Далее  в этом  разделе  рассказывается о том,  как  защитить данные, которые  используются обработчиками нижних  половин.

Запрещениеобработкинижнихполовин

Обычно  только  одного  запрещения обработки нижних  половин недостаточно. Наиболее часто,  чтобы  полностью защитить совместно используемые данные, необходимо  захватить  блокировку и запретить  обработку  нижних  половин. Методы, которые  позволяют это сделать и которые  обычно  используются при  разработке драйверов,  будут рассмотрены в главе 9. Однако  при  разработке самого  кода  ядра иногда необходимо запретить  только  обработку  нижних  половин.

Для  того  чтобы  запретить   обработку  всех типов  нижних   половин (всех  отложенных  прерываний и,  соответственно, тасклетов), необходимо вызвать  функцию local_bh_disabl e () . Для  разрешения обработки нижних  половин необходимо вызвать функцию local_bh_enabl e () . Да, у этих функций "неправильные" названия. Никто не потрудился переименовать эти  функции, когда  интерфейс ВН уступил  место  интерфейсу отложенных прерываний.  В табл. 7.4 приведены сведения об этих функциях.

Таблица 7.4. Список функций управления обработкой нижних половин

Функция                                                    Описание

voi d  local_bh_disabl e ()        Запретить обработку всех отложенных прерываний (softirq)

и тасклетов (tasklet) на локальном процессоре

voi d  local_bh_enable  ()          Разрешить обработку всех отложенных прерываний (softirq)

и тасклетов (tasklet) на локальном процессоре

Вызовы  этих функций могут быть вложенными — при  этом только  последний вызов функции  local_bh_enable ()  разрешает  обработку  нижних  половин. Например, при  первом  вызове  функции local_bh_disabl e ()  запрещается выполнение  отложенных  прерываний на  текущем  процессоре. Если  функция  local_bh_disabl e () вызывается еще три раза,  то выполнение отложенных прерываний будет запрещено. Их выполнение не будет разрешено до тех пор,  пока  функция local_bh_enabl e () не  будет вызвана  четыре  раза.

Такая  функциональность реализована с помощью счетчика  preerapt_count, который  поддерживается для каждого  задания   (интересно, что этот же счетчик  используется и для вытеснения процессов в режиме  ядра)11.  Когда  значение этого  счетчика достигает  нуля,  то можно  начать  обработку  нижних  половин. Так  как  при  вызове функции  local_bh_enabl e  ()  обработка нижних  половин запрещена, то эта функция  также  проверяет наличие  ожидающих на  обработку  нижних  половин и выполняет  их.

1 1   На  самом  деле  это т счетчи к  используется как  системо й  обработк и  прерываний ,  так  и  системо й обработки нижних  половин. Наличи е одного  счетчика  для задания  позволяет в операционно й системе Linux реализоиать атомарност ь заданий. Ка к показала практика, тако й подход очен ь полезе н для  нахождения ошибок,  например ,  связанных с тем,  что  задание  переходи т в состояни е  ожидания  в то время,  когда выполняет атомарные операци и  (sleeping-while-atomic  bug) .

Для каждой поддерживаемой аппаратной  платформы имеются спои  функции,  которые обычно реализуются через сложные макросы, описанные в  файле

<asrn/softirq.h>. Для любопытных ниже приведены соответствующие реализации на языке программирования С.

/*

* запрещение обработки нижних половин путем увеличения значения счетчика preempt_count

*/

void local_bh_disable(void)

{

struct thread_info *t = current_thread_info();

t->preempt_count += SOFTIRQ_OFFSET;

}

/*

* уменьшение значения счетчика preempt_count "автоматически" разрешает

* обработку нижних половин, если значение счетчика равно нулю

*

* опционально запускает все обработчики нижних половин, которые ожидают на обработку

*/

void local_bh_enable(void)

{

struct thread_info *t = current_thread_info();

t->preempt_count -= SOFTIRQ_OFFSET;

/*

* равно ли значение переменной preempt_count нулю и ожидают ли на обработку какие-либо обработчики нижних половин?

* если да, то запустить их

/

if (unlikely(!t->preempt_count &&

softirq_pending (smp_processor_id())))

do_softirq();

}

Эти  функции   не  запрещают  выполнения очередей  действий.   Так  как  очереди  действий  выполняются  в  контексте   процесса,   нет  никаких   проблем  с  асинхронным  выполнением  и  нет  необходимости   запрещать   их.   Поскольку   отложенные   прерывания и тасклеты   могут  "возникать"   асинхронно    (например,  при  возвращении  из  обработчика  аппаратного   прерывания),  то  ядру  может  потребоваться   запрещать   их.  В  случае  использования  очередей отложенных действий защита совместно используемых данных осуществляется так  же, как  и при  работе  в контексте процесса. Детали  рассмотрены в главах 8 и 9.

Источник: Лав,  Роберт. Разработка ядра  Linux, 2-е  издание. : Пер.  с англ.  — М.  : ООО  «И.Д.  Вильяме» 2006. — 448 с. : ил. — Парал. тит. англ.

По теме:

  • Комментарии