Operating System-Thread(4) 线程的调度激活机制（Scheduler Activations）

本文主要介绍线程的调度激活机制（Scheduler Activations），主要内容：

1. 调度激活机制简介
2. 上行调用（upcall）
3. 中断处理（Interrupt）

一、 调度激活机制简介

上一篇文章详细阐述了用户空间和内核空间的线程实现，各有优劣，内核线程在各方面都比较灵活，但是太慢，性能不高，经常会出现请求在用户空间和内核空间的传递。那么如何在拥有内核空间线程的灵活性的同时又提高性能呢。这就是Scheduler Activations机制要做的事情。

该机制的主要目标是在用户空间模拟内核空间的线程（从灵活性方面），这样在当一个进程内的一个用户线程被block(比如发生缺页异常）时，不会导致整个进程被block，这个进程的内的其他用户线程还可以继续运行（类似于内核线程）。

当Scheduler Activations机制启用时，内核会给每一个进程分配一定数量的CPU（有可能是虚拟的，如果是多核系统，有可能是真实的CPU）。这样每一个进程的运行时系统（run-time system)就可以给自己的线程（user-space threads）分配这些cpu。

1. 初始默认的cpu数量是1
2. 进程可以箱内核申请更多的cpu
3. 进程可以将不再使用的CPU归还给内核
4. 内核可以自己将不用的CPU自己回收

由此可见，这种机制下，进程对于CPU来说依然还是单线程的，内核依然不知道进程拥有多少线程。示意图如下。

二、上行调用（upcall）

上面阐释了调度激活机制，那么是如何实现的，运行时是如何给自己的线程分配cpu的。如何调度的，这个是通过上行调用（upcall）来完成的。在cpu中用户空间为上层，内核为下层层，常规调用应该是上层调用下层，下层不应该调用上层，upcall就是指内核调用用户空间。

上图展示了upcall。并且用传统应用webui和bll的调用做了类比，upcall是不规范的，但是调度激活就是通过upcall实现的。

upcall具体做了什么？

1. 内核发现用户进程的一个线程被block了（比如调用了一个被block的system call，或者发生了缺页异常。
2. 内核通过进程的运行时线程被block（还会告知被block的线程的详细信息），这个就是upcall
3. 进程的运行时系统接收到内核发来的消息，得知自己的线程被block
4. 运行时系统先将当前线程标识为block（会保存在线程表-thread table）
5. 运行时系统从当前线程表（thread table）选择一个ready的线程进行运行

至此已经完成了当一个进程内的一个用户线程被block(比如发生缺页异常）时，不会导致整个进程被block，这个进程的内的其他用户线程还可以继续运行（类似于内核线程）。

当内核发现之前被block的线程可以run了，同样会通过upcall通知运行时系统，运行时系统要么马上运行该线程，要么把该线程标志位ready放入线程表。

三、中断处理

当一个用户线程在运行的时候硬件产生了一个中断（Interrupt），这个时候应该怎么办呢？

1. 被中断的进程不关注这个中断，这个时候被中断的线程会继续返回到中断产生前的状态继续执行
2. 被中断的进程关注这个中断，被中断的线程会被挂起，至于运行那个线程：被中断的线程，新的ready线程还是其他线程，这个有运行时系统决定