Linux中用户级线程的抢占式调度是如何实现的？

Question

对于用户级线程，有 N 个用户级线程在单个内核线程之上运行。这与只有一个用户线程在内核线程上运行的 pthread 形成对比。

N 个用户级线程被抢先调度在单个内核线程上。但是具体是怎么做的呢？

我听说线程库设置了一些东西，以便内核发送信号，这是将执行从单个用户级线程拉到信号处理程序的机制，然后可以进行抢占式调度.

但是关于如何保存和/或改变寄存器和线程结构等状态以使这一切正常工作的细节是什么？是否有非常简单的用户级线程对学习细节很有用？

Answer 1

要正确获取详细信息，请使用源代码！但这就是我读它时所记得的......

有两种方式可以调度用户级线程：自愿和抢占式。

• 自愿调度：线程必须定期调用一个函数来将 CPU 的使用权传递给另一个线程。此函数称为 yield() 或 schedule() 或类似名称。
• 抢占式调度：库强制从一个线程中移除 CPU 并将其传递给另一个线程。这通常使用定时器信号完成，例如SIGALARM（详情请参阅man ualarm）。

关于如何进行真正的切换，如果你的操作系统友好并提供必要的功能，那就容易了。在 Linux 中，您可以使用 makecontext() / swapcontext() 函数轻松地从一项任务切换到另一项任务。同样，请参阅手册页了解详细信息。

不幸的是，这些功能已从 POSIX 中删除，因此其他 UNIX 可能没有它们。如果是这样的话，还有其他技巧可以做。最流行的是调用sigaltstack() 来设置一个备用堆栈来管理信号，然后kill() 本身进入备用堆栈，以及longjmp() 从信号函数到您的实际用户模式线程想跑。聪明，嗯？

附带说明，在 Windows 中，用户模式线程称为 fibers，并且也完全受支持（请参阅 CreateFiber() 的文档）。

最后的手段是使用汇编程序，它几乎可以在任何地方工作，但它完全是系统特定的。创建 UMT 的步骤如下：

• 分配堆栈。
• 分配和初始化 UMT 上下文：一个保存相关 CPU 寄存器值的结构。

从一个 UMT 切换到另一个：

• 保存当前上下文。
• 切换堆栈。
• 在 CPU 中恢复下一个上下文并跳转到下一条指令。

这些步骤在汇编程序中相对容易完成，但如果没有上述任何技巧的支持，在纯 C 语言中则完全不可能。