RobertLove--KernelTrap訪談之一

2019-11-04 20:51:33

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　　摘要
　　本周，KernelTrap采訪了當前負責維護可搶占內核補丁的Robert Love。他使用linux已經7年了，為現在的內核作出了很多貢獻。他的話，是這一切的最佳描述...
　　JA: 請談談您的個人情況...
　　
　　RL: 我現在是Gainesville佛羅里達大學計算機與數學專業的學生，家鄉
　　
　　在Ft. Lauderdale, FL(note: FL for Florida)。我還沒結婚，但
　　
　　有一個很不錯的女朋友。我編程的愛好在于操作系統和數學/科學計算。
　　
　　
　　JA: 何時畢業，畢業后有什么計劃?
　　
　　RL: 2004年。但我還是想留在學校里繼續讀書以獲得更高的學位，非凡是
　　
　　經濟仍停滯在當前的狀況(remains as-is)。
　　
　　
　　
　　JA: 來自 Ft. Lauderdale, FL.的什么地方?我住在那里的Lauderhill。
　　
　　RL: 我出生于Pembroke Pines，在那里長大。
　　
　　
　　JA: 您什么時候開始接觸Linux?
　　
　　RL:
　　
　　第一次在我的PC上運行Linux是在1994年年末，當時用的是1.0版的內核；
　　
　　這也是我第一次真實的Unix體驗。我的那臺PC是386SX（感謝媽媽），在
　　
　　轉而運行Linux之前，它之上運行的操作系統是Windows 95 beta。我在
　　
　　使用2.0版時進步更大，從2.2版開始則完全轉向了Linux，此后一直只使
　　
　　用Linux。
　　
　　我轉向Linux有一個顯而易見的原因: 我相信Linux是一個強大健全有著優
　　
　　秀應用軟件的系統。然而更重要的原因是它使我能對系統以及圍繞它的社區
　　
　　的有充分的接觸。
　　
　　
　　JA: 你可不可以描述一下1.0版內核相比現在的2.4版的幾個要害區別?
　　
　　RL: 假如1.0和2.4有幾頁代碼是相同的，我將會非常驚奇。兩者沒有任何
　　
　　相同的地方。
　　
　　
　　
　　JA: 安裝和使用1.0版的內核是什么樣的情形，有哪些軟件可以使用?
　　
　　RL: 幸運的是，1994/1995年，Linux發展良好。那時SLS和Slackware
　　
　　都提供了全功能的發行版。我最初使用Slackware2.0。那時你必須以磁盤
　　
　　
　　集(disk sets)的形式將Linux安裝文件下載到磁盤上，可能你現在仍這么
　　
　　做。我記得磁盤集A是核心，磁盤集N提供網絡支持，等等。那時Linux已經
　　
　　支持網絡了，X也可以使用(XFree86 2.0)，也支持很多硬件。
　　
　　和今天相比，最大的問題是缺少文檔，安裝又非常復雜。我記得起初我曾因
　　
　　為沒辦法讓PPP用Linux；假如那時我可以使用PPP的話，我可能早就轉向
　　
　　Linux了。
　　
　　
　　JA: 您為內核做出的貢獻有哪些?
　　
　　RL: 目前我主要的時間是花在可搶占內核補丁的維護上。這個補丁可以使低
　　
　　優先級的進程被剝奪，即使它當前處于核心態，結果是改善了系統的響應時間。
　　
　　這個補丁最初是MontaVista-一個偉大的公司-的杰作，所以我和他們以及這
　　
　　個社區(Linux社區)的其他成員密切合作。這是一個很有趣的項目。我們正把
　　
　　目標是將它加入到2.5版的內核中。
　　
　　
　　我的工作是非常隨機的。修正bugs，優化，作一些旨在使系統簡潔的清理。我
　　
　　也寫過i815和AMD761 AGP GART的代碼，也維護著其他一些的零碎的補丁。
　　
　　
　　JA: 為了使得內核可搶占，您的補丁對內核作了哪些必要的修改?
　　
　　RL: 我們的模型是當內核不被鎖定時，任何時刻都可被搶占。根據這個設計，
　　
　　當一個事件激活更高優先級的進程時，系統將會剝奪當前正在運行的進程，轉
　　
　　而運行這個更高優先級的進程。
　　
　　我們必須修改entry.S中的中斷代碼來避免某些情況并能在中斷處理過程返回
　　
　　
　　時發生搶占。但是我們不能在臨界區內搶占，這和在SMP環境下的臨界區中不允
　　
　　許并發的道理相同，所以我們防止了持有自旋鎖(spinlock)時被搶占的情況。
　　
　　bottom half handler和scheduler同樣需要修改，以保證在它們運行時不
　　
　　發生搶占。
　　
　　
　　JA: 時至今日，您認為您的補丁的穩定性如何?我的所有工作都在一臺獨立的
　　
　　Linux服務器上完成，我不斷為它升級內核和軟件。改善系統的響應固然有吸引
　　
　　力，但您有沒有考慮過對一臺不間斷運行的服務器來說，補丁是否足夠穩定呢?
　　
　　RL: 補丁非常穩定。我可以非常有信心地鼓勵任何人來使用它。我們有很多用戶，
　　
　　收到了很多反饋。我想我們已去除了明顯的漏洞（bugs）。我在自己的主系統中
　　
　　使用這個補丁。
　　
　　最重要的是我們知道它的設計和實現是正確的。使用了我們最新的補丁之后，我
　　
　　感覺我們已解決了所有的問題。
　　
　　
　　JA: 在您看來，系統響應時間上的改進有多明顯呢?
　　
　　RL: 非常明顯。
　　
　　我們曾經記錄過200%的系統延遲方面的提高。安裝了可搶占內核補丁后，系統的
　　
　　平均延遲大約為1ms，不會超過10ms。仍有些長時間的鎖占用會影響響應，導致
　　
　　有些延遲達到100ms甚至更長。幸運的是這些情況只在特定情況下出現，就像切
　　
　　換虛擬控制臺(switching VCs)。
　　
　　
　　JA: 現在還有另外一個最終目標相同的補丁(由Andrew Morton維護)，跟您的
　　
　　
　　有何不同?
　　
　　RL: 這兩個補丁所針對的問題都是內核是非搶占的。也就是說，處于內核態的任
　　
　　務會一直運行，直到其運行結束或主動交還控制權。假如用戶態事件在內核操作
　　
　　的時段發生，用戶程序必須等待內核完成本次運行。這個等待就導致了系統延遲，
　　
　　而它(系統延遲)正是我們要去改進的。
　　
　　Andrew的低延遲補丁在內核的各策略點(note: Andrew認為可能引發長時間延
　　
　　遲的點)加入了條件調度調用(conditional scheduling calls)，這些調度
　　
　　非常有效地使長時間的內核操作作出讓步:"我很樂意讓別人先運行。有沒有想運
　　
　　行的任務啊?假如有的話，就先運行吧!"這樣拆分了長時間的操作，降低了相應
　　
　　內核運行點的系統延遲。
　　
　　搶占式補丁工作機理則很不一樣。它修改內核本身以答應核心代碼被搶占，所以
　　
　　上述問題甚至根本不會存在。假如有任務需要運行，它就會運行，系統響應從中
　　
　　受益(note: 減少了響應時間，改善了系統響應)。
　　
　　
　　JA: 在最新的lkml 中，您提到有可能將兩個補丁組合起來。這是您現在的工作
　　
　　方向嗎?
　　
　　RL: 這當然是需要考慮的。由于我們不能在系統被鎖定時搶占(note: 即使內核
　　
　　打了可搶占補丁)，長時間的鎖對系統延遲來說是一個很大的威脅。鎖的延時很可
　　
　　能就成了那段時間系統的延遲。
　　
　　一種解決方法是像Andrew的補丁所做的那樣拆分這些鎖。這將成為合并部分他的
　　
　　補丁到搶占式補丁的目的，或者更現實一些，做一個他的低延遲補丁的搶占式版本。
　　
　　他的patch中的在內核被鎖定時的任何條件調度都可能是有用的(note: 對于改進
　　
　　
　　我們的patch)。
　　
　　這個方向(note: 拆分長時間的占用鎖)的第一步是標識出長時間被占用的鎖，這
　　
　　正是搶占統計(PReempt-stats)補丁所做的。這種方法衡量禁止搶占的時間并報
　　
　　告導致這個結果的鎖。
　　
　　以上僅僅是針對長時間鎖的一種解決方法。
　　
　　
　　JA: 您所標識的內核的哪些部分會出現這種長時間鎖呢?
　　
　　RL: 控制臺層，過去可能出現非常長時間的鎖，幸運的是，最近
　　
　　Andrew Morton修正了很多這方面的問題。Frame buffer的代碼會屏蔽中斷很
　　
　　長時間以避免往其輸出太多。假如滾屏太多，延遲甚至可能達到500ms。切換虛擬
　　
　　終端的情況也很糟糕，blkdev_close()會很長時間的占用一個鎖。有些模塊操作
　　
　　很耗時。假如VM開始出現顛簸(thrashing)，它也會導致很多延遲，因為顛簸時
　　
　　VM會占用一個鎖。VFS也有一些長時間占用的鎖。
　　
　　
　　JA: 將您的補丁加入2.5可能性多大?會有哪些阻礙?
　　
　　RL: 這完全取決于Linus先生對這個補丁的看法以及其他hacker的意見。Linus
　　
　　之前曾表示他對這個想法很感愛好，我希望他的愛好可以幫著將這個補丁加入內核。
　　
　　作為一個獨立的補丁，我們有很廣泛的用戶基礎，這顯然非常有用。我們收到了很
　　
　　多反饋，包括一些顯示這個patch對系統帶來巨大的改善的評測。
　　
　　反對意見是，搶占式內核降低了系統的吞吐量。這是要害點，也是我們需要非凡說
　　
　　明的。現在的多數測試顯示了0~5%的吞吐量損失--我想相對于200%的響應提升這
　　
　　是值得的!另一些測試則顯示了系統吞吐量的提升，因為我們更好的排列了系統的處
　　
　　
　　理流程(thread better)。退一步，對于那些無法接受吞吐損失的系統，搶占式
　　
　　內核只是一個可選。
　　
　　
　　JA: 您開發時主要使用哪些工具?請描述一下您的環境、計算機和使用的方法。
　　
　　RL: 我使用最多的主機是PIII-733(384MB內存+U2W SCSI磁盤)。我也有一臺
　　
　　IBM ThinkPad，還有撒滿一地的舊工具(not

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