From: acevest <zhaoyanbai@126.com>
Date: Fri, 26 May 2023 14:28:35 +0000 (+0800)
Subject: 开发日志:分析当前中断嵌套问题,并提出了一个优化方法
X-Git-Url: http://zhaoyanbai.com/repos/man.dnssec-importkey.html?a=commitdiff_plain;h=c4edfb87cb9f2b20c6dfbe7cdb6322468af2cde9;p=kernel.git

开发日志:分析当前中断嵌套问题,并提出了一个优化方法
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diff --git a/doc/dev.md b/doc/dev.md
new file mode 100644
index 0000000..5e4c67d
--- /dev/null
+++ b/doc/dev.md
@@ -0,0 +1,103 @@
+# 开发日志
+
+这个文件主要用来记录特定版本的代码存在的主要问题，及修改方向。
+
+
+## 001073af2176de114d8588124d665aad2b4f2995 版本问题
+
+### 问题表现
+
+虽然在`kernel/sched.c:schedule`里如果`0 == current->ticks`则会将其重置的逻辑，但在`clock_handler`里的`current->ticks-`代码任有可能将其值减到0后继续再减进而溢出。就算是`schedule`代码里的处理逻辑已经是在关中断的情况下进行的也无济于事。
+
+将`qemu`的速度调至10%比较容易复现这个问题。
+
+### 问题原因
+
+在这个版本中，由于在`clock_handler`里塞了过多的调试代码，导致其耗时很长。这就可能会出现如下处理序列：
+
+1. 处理器进入硬盘`14`号中断的处理逻辑
+2. 如果硬盘中断逻辑已经到达开中断的部分
+3. 这时时钟中断到达，则会中断当前硬盘中断转而执行时钟中断。
+4. 时钟中断执行`current->ticks--`，其值有可能从`1`变为`0`
+5. 时钟中断占用相当长时间，甚至超过两次时钟中断间隔
+6. 时钟中断返回前判断到当前中断处于嵌套状态，不执行重新调度，此时`current->ticks == 0`。
+7. 时钟中断返回
+8. 由于上一个时钟中断耗时过长，因此当其刚返回后，14号中断还没来得及继续执行，或者刚执行了有限的几条指令，又被下一个时钟中断打断。
+9. 重复以上逻辑，这个时钟中断逻辑就继续对`current->ticks`减`1`，使其值为`0xFFFFFFFF`。
+
+### 问题修复计划
+
+### 优化中断处理服务程序
+
+只写少量必要代码，尽快返回，不再加入大量调试程序。
+
+#### 不再支持中断嵌套
+
+不支持中断嵌套仅指不嵌套执行中断服务器程序，而其它需要在中断环境执行的逻辑是可以开中断执行的，也就是有再次被新中断打断的可能。
+
+不再支持中断嵌套后，每次中断处理过程大致如下
+
+1. 硬件触发中断，自动关中断
+2. 保存上下文
+3. 执行中断服务例程
+3. 开中断
+4. 执行其它逻辑
+5. 关中断
+6. 恢复上下文返回
+
+可以到第4步是在开中断的状态下执行的。而执行它的时候是可能被新到的中断程序再次打断的，也就是第4步是可能嵌套执行的。
+
+为了避免这种情况，将上述程序引入一个`int`型的全局变更`reenter`，并将其初始化为`-1`后再做修改
+
+1. 硬件触发中断，自动关中断
+2. 保存上下文
+3. `reenter++`
+4. 执行中断服务例程
+5. 判断`reenter != 0`则跳转到第`9`步
+6. 开中断
+7. 执行其它逻辑
+8. 关中断
+9. `reenter--`
+10. 恢复上下文返回
+
+如果在执行第`7`步后被新到中断打断，那新逻辑就会执行如下序列
+
+
+1. 硬件触发中断，自动关中断
+2. 保存上下文
+3. `reenter++`
+4. 执行中断服务例程
+5. 判断`reenter != 0`则跳转到第`9`步
+6. ~~开中断~~
+7. ~~执行其它逻辑~~
+8. ~~关中断~~
+9. `reenter--`
+10. 恢复上下文返回
+
+这样就算第`7`步很耗时，在中断打断这个步骤的情况下，它也只会被执行一次，而不会嵌套执行。这是优点，也是缺点，目前逻辑简单还能应付。后续也还是要继续优化。
+
+
+但这也改变不了时钟中断可能将`current->ticks`改成负数的情况（因为可能在`current->ticks == 0`的情况下，第`7`步是有可能再撑到下一个时钟中断将之再减1的）。因此需要在`task_union`中引入一个`need_resched`字段，当`current->ticks == 0`时不再减，而是直接将`need_resched`设置为`1`。
+
+
+1. 硬件触发中断，自动关中断
+2. 保存上下文
+3. `reenter++`
+4. 执行中断服务例程
+5. 判断`reenter != 0`则跳转到第`11`步
+6. 开中断
+7. 执行其它逻辑
+8. 关中断
+9. assert(reenter == 0);
+10. 如果`current->need_resched == 0`则继续，否则跳`20`
+11. `reenter--`
+12. 恢复上下文返回
+
+
+以下为需要进程抢占步骤，目前不分内核还是用户进程。
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+20. `reenter--`、`current->need_resched = 0`、`current->ticks = current->priority`
+21. schedule
+22. è·³`12`
+
+相似的逻辑也可以加到系统调用返回处。这样就可以在中断返回和系统调用返回处抢占任务。
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