NetBSD系列介紹-- M：N vs 1：1

zhuzj

                    NetBSD 5.0 的線程模型由M:N改成了1:1，關(guān)于M:N的實(shí)現(xiàn)，有一篇論文可以看看：http://www.mit.edu/people/nathanw/usenix/freenix-sa/freenix-sa.html。
    多進(jìn)程的操作系統(tǒng)中線程的實(shí)現(xiàn)一般有這幾種：N:1,M:N,1:1，這幾種中可能M:N是最復(fù)雜的。因?yàn)榫�程的實(shí)現(xiàn)可以有很多種方式，可以在用戶態(tài)實(shí)現(xiàn)，并且調(diào)度算法也在用戶態(tài)，這樣實(shí)現(xiàn)的好處是實(shí)現(xiàn)起來簡單，不用動內(nèi)核的代碼，這種就是N：1，這樣可以在本來只支持進(jìn)程的系統(tǒng)上實(shí)現(xiàn)線程以滿足多任務(wù)需求，但這樣即使一個進(jìn)程中有多個線程，而且有多個CPU，同一進(jìn)程的不同線程也不能并行的跑，因?yàn)閮?nèi)核是以進(jìn)程為調(diào)度對象的，不能充分利用SMP和多核的性能，所以現(xiàn)在的操作系統(tǒng)中已經(jīng)很少有這種實(shí)現(xiàn)了，OpenBSD 早期就是這種實(shí)現(xiàn)，雖然現(xiàn)在OpenBSD還是不支持內(nèi)核線程，但他對專門對用戶態(tài)的線程支持做了一些改動，現(xiàn)在OpenBSD是可以支持多線程并行跑的。也可以再內(nèi)核態(tài)實(shí)現(xiàn)，即內(nèi)核的調(diào)度單位就是線程，現(xiàn)在的FreeBSD,NetBSD,Solaris 就是這樣的實(shí)現(xiàn)。當(dāng)內(nèi)核調(diào)度單位也是線程的時候，就出現(xiàn)一個問題：調(diào)度算法是在用戶態(tài),還是放到內(nèi)核？這樣就出現(xiàn)了M:N和1：1的問題。M:N其實(shí)理論上來講是一種完美的線程模型，這種模型也有很多種實(shí)現(xiàn)，最早的M:N的實(shí)現(xiàn)是由Sun在Solaris上做出來的，那時叫不叫Solaris我不清楚啊，有興趣的可以去查一下，后來NetBSD和FreeBSD也實(shí)現(xiàn)了這種模型，但實(shí)現(xiàn)后可能發(fā)現(xiàn)維護(hù)上帶來的困難比由此帶來的性能上的提升大的多，或者好像是現(xiàn)在的任務(wù)跟本就用不了這么強(qiáng)悍的性能，Sun后來放棄了這種模型，改為實(shí)現(xiàn)較為簡單的1：1的模型，具體為什么Sun會放棄M:N可以參看一本叫《Solaris內(nèi)核結(jié)構(gòu)》的書，里面好像有詳細(xì)說為什么，不過我也忘了是在哪兒看的了哈。NetBSD在5.0，即當(dāng)前最新版中改成了1：1的模型，F(xiàn)reeBSD在也在剛實(shí)現(xiàn)了M:N的模型后沒多久就改成了1:1。其實(shí)關(guān)于Unix的一些新的feature,很多都是有Sun先實(shí)現(xiàn)，然后社區(qū)才參看Sun的實(shí)現(xiàn)來實(shí)現(xiàn)。
    說了這么多該說說代碼了，NetBSD中的內(nèi)核線程叫l(wèi)wp(light weight process),這個和Solaris的叫法是一樣的。應(yīng)用庫叫l(wèi)ibpthread分別位于src/sys/kern下和src/lib/libpthread下，他的pthread的大部分功能都直接映射給內(nèi)核了，調(diào)度由內(nèi)核完成。5.0里的pthread庫應(yīng)該是重寫了的，很簡單，大部分都直接轉(zhuǎn)到以_lwp_開頭的系統(tǒng)調(diào)用上去了，比如pthread_create()就最終轉(zhuǎn)到_lwp_create()上去了，當(dāng)然pthread_create()還有其他的工作要做。其實(shí)看代碼主要關(guān)注這幾個方面：fork(),lwp的結(jié)構(gòu)以及線程上下文切換。
    fork()在創(chuàng)建了進(jìn)程之后會創(chuàng)建一個線程，這個線程就是這個進(jìn)程內(nèi)核的調(diào)度單位，當(dāng)然如果這個進(jìn)程同時還創(chuàng)建了很多線程，那么這些線程就是調(diào)度單位，內(nèi)核可以同時在多個CPU上跑同一個進(jìn)程的多個線程。lwp的結(jié)構(gòu)在src/sys/sys/lwp.h中，對lwp的操作的函數(shù)主要在src/sys/kern/kern_lwp.c中實(shí)現(xiàn)。上下文切換的實(shí)現(xiàn)在sys/kern/kern_synch.c中，函數(shù)名叫mi_switch()，在這個函數(shù)中如果線程發(fā)生了變化，會置一個標(biāo)志位，在從kernel返回到userspace的時候會檢查，如果要返回的線程和當(dāng)前cpu的地址空間不一樣，就進(jìn)行地址空間的切換，否則不會發(fā)生地址空間的切換，因?yàn)榈刂房臻g切換開銷很大。相關(guān)的函數(shù)是pmap_deactivate(),pmap_activate()和pmap_load(),在前兩個函數(shù)中置標(biāo)志位，真正的切換發(fā)生在pmap_load()中。
    和線程相關(guān)的還有同步問題，線程的調(diào)度算法問題等，后面會接著介紹。
               
               
               
               
               
               
               

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