ทำไมนักพัฒนาลีนุกซ์คนแรกเลือกที่จะใช้เคอร์เนลที่ไม่ได้รับสิทธิพิเศษ? มันคือการบันทึกการประสาน?
เท่าที่ฉันรู้ลีนุกซ์ได้รับการพัฒนาในช่วงต้นยุค 90 เมื่อพีซีมีหน่วยประมวลผลเดียว เคอร์เนลที่ไม่ได้รับการยกเว้นมีประโยชน์อะไรบ้างในพีซีดังกล่าว แต่ทำไมข้อดีของโปรเซสเซอร์แบบมัลติคอร์จึงลดลง?
คำตอบ:
ในบริบทของเคอร์เนลลินุกซ์เมื่อผู้คนพูดถึงการเลือกล่วงหน้าพวกเขามักอ้างถึงความสามารถของเคอร์เนลในการขัดจังหวะตัวเองโดยพื้นฐานแล้วให้สลับงานในขณะที่ใช้รหัสเคอร์เนล การอนุญาตให้สิ่งนี้เกิดขึ้นค่อนข้างซับซ้อนซึ่งอาจเป็นเหตุผลหลักที่ใช้เวลานานในการทำให้เคอร์เนลถูกทำให้ว่างไว้ล่วงหน้า
ในตอนแรกรหัสเคอร์เนลส่วนใหญ่ไม่สามารถถูกขัดจังหวะได้เนื่องจากมันได้รับการปกป้องโดยการล็อคเคอร์เนลขนาดใหญ่ ล็อคนั้นถูกกำจัดอย่างต่อเนื่องจากรหัสเคอร์เนลมากขึ้นเรื่อย ๆ ทำให้สามารถเรียกเคอร์เนลได้พร้อมกันหลายขนาน (ซึ่งมีความสำคัญมากขึ้นเมื่อระบบ SMP กลายเป็นเรื่องธรรมดามากขึ้น) แต่นั่นก็ยังไม่ได้ทำให้เคอร์เนล pre-emptible; ที่ยังคงพัฒนามากขึ้นสูงสุดในPREEMPT_RTชุดปะซึ่งในที่สุดก็รวมอยู่ในเคอร์เนลฉีด (และมีความสามารถในการล้างก่อน BKL ต่อไป) ทุกวันนี้เคอร์เนลสามารถกำหนดค่าให้มากหรือน้อยกว่า pre-emptible ขึ้นอยู่กับปริมาณงานและคุณสมบัติเวลาแฝงที่คุณต้องการ ดูการกำหนดค่าเคอร์เนลที่เกี่ยวข้องสำหรับรายละเอียด
ดังที่คุณสามารถดูได้จากคำอธิบายในการกำหนดค่าเคอร์เนล pre-emption มีผลต่อปริมาณงานและเวลาในการตอบสนองไม่ใช่ความพร้อมกัน สำหรับระบบที่ใช้ซีพียูเดี่ยวการปล่อยล่วงหน้ายังคงมีประโยชน์เพราะช่วยให้สามารถประมวลผลเหตุการณ์ด้วยเวลาตอบสนองที่สั้นลง อย่างไรก็ตามมันยังส่งผลให้ปริมาณงานลดลง (เนื่องจากเคอร์เนลใช้เวลาในการสลับงาน) การปล่อยล่วงหน้าอนุญาตให้ CPU ใด ๆ ที่กำหนดในระบบ CPU เดียวหรือหลายระบบสามารถสลับไปใช้งานอื่นได้รวดเร็วยิ่งขึ้น ปัจจัยที่ จำกัด ในระบบมัลติซีพียูไม่ได้เป็นการปลดล็อคล่วงหน้ามันมีขนาดใหญ่หรืออย่างอื่น: เมื่อใดก็ตามที่รหัสจะล็อคหมายความว่า CPU อื่นไม่สามารถเริ่มดำเนินการกระทำเดียวกันได้
เคอร์เนล Preemptive เพียง แต่หมายถึงว่าไม่มีบิ๊ก Kernel ล็อค
ลีนุกซ์มีการทำงานแบบมัลติทาสกิ้งไว้ล่วงหน้า (เช่นรหัสผู้ใช้สามารถจองได้) ตั้งแต่ช่วงเวลาแรก (เท่าที่ฉันรู้ลีนุกซ์ 0.0.1 แรกที่อัพโหลดโดย Linus ไปยังเซิร์ฟเวอร์ ftp funet เป็นมัลติทาสก์ที่ได้รับการควบคุมล่วงหน้าแล้ว) หากคุณดำเนินการตัวอย่างเช่นกระบวนการบีบอัดหรือรวบรวมหลายกระบวนการจะถูกดำเนินการแบบขนานจากช่วงเวลาแรก
ตรงกันข้าม - ในเวลา - Win31 ใช้กันอย่างแพร่หลาย บน Win31 หากงานได้รับ CPU จาก "เคอร์เนล" โดยค่าเริ่มต้นมันเป็นความรับผิดชอบในการพิจารณาว่าจะให้การควบคุมกลับไปที่ OS (หรืองานอื่น ๆ ) เมื่อใด หากกระบวนการไม่มีการสนับสนุนพิเศษสำหรับคุณสมบัตินี้ (ซึ่งต้องการงานเขียนโปรแกรมเพิ่มเติม) จากนั้นในขณะที่ดำเนินการงานอื่น ๆ ทั้งหมดจะถูกระงับ แม้แต่แอพพื้นฐานส่วนใหญ่ที่รวมเข้ากับ Win31 ก็สามารถใช้งานได้
การทำงานมัลติทาสกิ้งแบบ preemptive หมายความว่างานไม่มีวิธีจัดสรร CPU ตามที่ต้องการ แต่หากช่วงเวลาของพวกเขาหมดอายุเคอร์เนลจะได้รับ CPU จากพวกเขา ดังนั้นในระบบปฏิบัติการแบบ preemptive กระบวนการเขียนหรือการทำงานที่ไม่ดีไม่สามารถหยุดการทำงานของระบบปฏิบัติการหรือหลีกเลี่ยงกระบวนการอื่นจากการทำงาน ลีนุกซ์สามารถจองพื้นที่กระบวนการของผู้ใช้ได้เสมอ
Big Kernel Lock หมายถึงในบางกรณีภายในพื้นที่เคอร์เนลอาจมีการล็อกบางอย่างเพื่อป้องกันไม่ให้กระบวนการอื่นรันโค้ดที่ป้องกัน ตัวอย่างเช่นคุณไม่สามารถเมานต์ระบบไฟล์หลายระบบพร้อมกัน - หากคุณให้คำสั่งเมานต์หลายคำสั่งระบบจะยังคงทำงานต่อเนื่องเนื่องจากการติดตั้งสิ่งต่าง ๆ ที่จำเป็นในการจัดสรร Big Kernel Lock
การทำให้เคอร์เซอร์ยึดเอาเสียก่อนจำเป็นต้องกำจัดการล็อกเคอร์เนลขนาดใหญ่เช่นนี้ทำให้การเมานต์และงานอื่น ๆ สามารถรันพร้อมกันได้ มันเป็นงานที่ยิ่งใหญ่
ในอดีตสิ่งนี้เกิดขึ้นอย่างเร่งด่วนโดยการสนับสนุนที่เพิ่มขึ้นของ SMP (การสนับสนุนมัลติซีพียู) ในครั้งแรกที่มีเมนบอร์ดที่ใช้ CPU หลายตัวจริงๆ ต่อมาซีพียูหลายตัว ("คอร์") ถูกรวมเข้ากับชิปตัวเดียววันนี้เมนบอร์ดที่ใช้ซีพียูหลายตัวนั้นหายากอยู่แล้ว (โดยทั่วไปจะอยู่ในระบบเซิร์ฟเวอร์ราคาแพง) นอกจากนี้ระบบ single-core จริงๆ (ที่มีเพียงซีพียูเดียวที่มีคอร์เดียว) ก็หายาก
ดังนั้นคำตอบสำหรับคำถามของคุณไม่ใช่ว่า "อะไรคือสาเหตุของการไม่ยึดถืออำนาจ" เพราะเป็นสิ่งที่ยึดเอาเสียก่อนเสมอ คำถามที่แท้จริงคือสิ่งที่ทำให้การดำเนินการมาตรการเคอร์เนลจำเป็นจริงๆ คำตอบคือ: อัตราส่วนที่เพิ่มขึ้นของซีพียูหลายตัว, ระบบหลายคอร์
นี่ไม่ใช่คำตอบทางเทคนิค แต่เป็นคำตอบในอดีตสำหรับคำถามเฉพาะที่ OP: "สาเหตุของการไม่ได้รับสิทธิพิเศษของเมล็ด Linux เก่ากว่าคืออะไร"
(ฉันถือว่าตามที่อธิบายไว้โดย @peterh ในคำตอบและความคิดเห็นของเขาว่าโดย "การไม่ยึดถือสิทธิ" OP หมายถึงข้อเท็จจริงอย่างใดอย่างหนึ่งหรือทั้งสองอย่างว่ากระบวนการผู้ใช้เพียงอย่างเดียวอาจอยู่ภายในเคอร์เนล (ใน API) ที่ เวลาและ / หรือ Big Kernel Lock)
Linus Torvalds สนใจที่จะเรียนรู้ว่าระบบปฏิบัติการทำงานอย่างไรและวิธีที่เขาเรียนรู้คือการเขียนหนึ่งระบบ โมเดลและฐานและสภาพแวดล้อมการพัฒนาเริ่มต้นของเขาคือ Minix ซึ่งเป็นระบบปฏิบัติการที่มีอยู่เพื่อการศึกษา (เช่นไม่ใช่ระบบปฏิบัติการที่ใช้งานจริง) ซึ่งไม่ฟรี (เหมือนในโอเพ่นซอร์สในเวลานั้น - มันไม่ฟรีในเบียร์ ทั้ง).
ดังนั้นเขาจึงเขียนเคอร์เนลที่ไม่มีการจองล่วงหน้า (Big Kernel Lock ที่กล่าวถึงในคำตอบอื่น ๆ ) เพราะนั่นคือวิธีที่คุณทำถ้าคุณต้องการให้ระบบปฏิบัติการใหม่ของคุณทำงานได้อย่างรวดเร็วเพื่อการศึกษา: มันง่ายกว่านั้นมาก เคอร์เนลเพื่อรองรับการทำงานหลายโปรแกรมพร้อมกันของผู้ใช้โปรแกรมและอุปกรณ์นั้นยากพอ - มันยากมากที่จะทำให้เคอร์เนลเกิดขึ้นพร้อมกัน
ถ้าเขารู้แล้วว่าลินุกซ์ยอดนิยม / มีประโยชน์ / สำคัญจะกลายเป็น ... เขาคงจะทำแบบเดียวกัน (IMO เท่านั้นฉันไม่รู้เลยว่าเขาคิดอย่างไร) เพราะคุณต้องเดินก่อนที่คุณจะวิ่งได้
และมันก็ยังคงอยู่ต่อไปอีกนานเพราะก) มีงานอื่นอีกมากที่ต้องทำในการทำลีนุกซ์วันนี้ (หรือแม้แต่ตอนนี้) และข) การเปลี่ยนแปลงมันจะเป็นเรื่องยาก (ตามที่อธิบายไว้ในคำตอบอื่น ๆ )