Linux 强制抢占：理解和启用以优化实时性能

2024-03-11 03:49:13

## 强制抢占：Linux 内核中不可或缺的机制

在 Linux 内核中，抢占是一种至关重要的机制，它允许优先级较高的进程或线程中断优先级较低的进程或线程的执行。在实时系统和需要确保高优先级任务及时执行的应用程序中，抢占尤其重要。

在 Linux 内核中，有两种类型的抢占：自愿抢占和强制抢占。

自愿抢占 只会在进程或线程主动调用 schedule() 函数或进入睡眠状态时发生抢占。

强制抢占 更具主动性，它会强制低优先级的进程或线程让位于高优先级的进程或线程，即使低优先级的进程或线程尚未完成其当前任务。

通常情况下，内核代码被认为是不可抢占的。这是因为在抢占过程中破坏内核数据结构的风险很高。然而，在某些情况下，强制抢占对于确保高优先级进程或线程的及时执行至关重要。

为了启用强制抢占，需要修改内核配置以启用抢占内核。具体而言，需要设置 CONFIG_PREEMPT=y 选项。启用此选项后，内核将在内核代码中允许抢占，从而允许高优先级进程或线程立即抢占低优先级进程或线程。

根据提供的示例，我们可以观察到高优先级线程在使用忙碌等待时，直到 7 秒后才唤醒。这可能是因为启用自愿抢占，但进程在内核代码中无法被抢占，除非它显式调用 schedule() 函数或阻塞（睡眠）。

为了解决这个问题，可以通过启用抢占内核来允许强制抢占。为此，可以编辑内核配置并设置 CONFIG_PREEMPT=y 选项。

需要注意以下几点：

即使启用了抢占内核，某些情况下抢占仍可能不会发生，例如在内核处于中断处理程序中时。
强制抢占可能对性能产生影响，因为它会增加内核检查抢占条件的开销。
除了使用 schedule() 函数，进程还可以通过调用其他函数显式释放 CPU，从而允许抢占发生。这些函数包括 yield()、cond_resched() 和 local_bh_enable()。