Google har påbörjat öppningen av implementeringen av M:N-trådmodellen

Google har föreslagit för att inkludera i kärnan Linux den första uppsättningen patchar med implementeringen av komponenter som är nödvändiga för att möjliggöra arbetet med M:N-trådmödeln. Googles initiativ är kopplat till öppnandet av en API som utvecklats bakom stängda dörrar SwitchTo för kärnan Linux, som möjliggör arbetet av den användarutrymmesbaserade flertrådade subsystemet som använder M:N-trådmödeln. Subsystemet används av Google för att stödja tjänster som kräver minimala fördröjningar. Schemaläggning och hantering av trådfördelning sker helt i användarutrymmet, vilket möjliggör en betydande minskning av antalet kontextväxlingar genom att minimera utförandet av systemanrop.

För att säkerställa fungerandet av det angivna subsystemet på kärnnivå har API SwitchTo implementerats, vilket erbjuder tre grundläggande operationer - wait, resume och swap (växling). För att inkluderas i kärnan har koden för den nya operationen FUTEX_SWAP föreslagits, som kompletterar FUTEX_WAIT och FUTEX_WAKE, och tillhandahåller en grund för skapandet av flertrådiga bibliotek i användarutrymmet. FUTEX_SWAP kan också användas för att överföra meddelanden mellan uppgifter, i likhet med RPC. Till exempel, för tillfället krävs minst fyra anrop av FUTEX_WAIT och FUTEX_WAKE för att överföra ett meddelande mellan uppgifter, medan användningen av FUTEX_SWAP tillåter en enda operation, som kommer att utföras 5-10 gånger snabbare.

För närvarande tillämpas främst modeller för trådar 1:1 och N:1 i praktiken. Modellen 1:1 används i NPTL (POSIX-trådar) och LinuxThreads, och innebär en direkt koppling mellan en tråd i användarutrymmet och en tråd (en enhet för schemaläggning) på kärnnivå. Modellen N:1 har implementerats i GNU Pth, som tar bort trådschemaläggningen till användarutrymmet och tillåter N trådar i användarutrymmet att kopplas till en enda tråd i kärnan, där kärnan inte har information om användartrådar.

Den främsta nackdelen med 1:1-modellen är de stora overheadkostnaderna för att växla mellan kärnan och användarutrymmet. N:1-modellen löser detta problem, men skapar ett nytt — eftersom flödet i kärnan är en odelbar enhet för exekveringsplanering, kan användarflöden som är knutna till ett flöde i operativsystemets kärna inte skalas över CPU-kärnor och blir bundna till en enda CPU-kärna.

M:N-modellen är en hybrid och eliminerar alla ovanstående nackdelar genom att matcha N flöden i användarutrymmet med M flöden i operativsystemets kärna, vilket möjliggör både minskning av overheadkostnaderna för växling av kontext samt att säkerställa skalning över CPU-kärnor. Priset för denna lösning är en stor komplexitet i implementeringen av flödesplaneraren i användarutrymmet och behovet av mekanismer för att samordna åtgärder med kärnans planerare.

Källa: opennet.ru