thread_info 구조체의 cpu 필드는 프로세스가 실행 중인 CPU 번호를 저장합니다. 그러면 현재 코드가 어떤 CPU에서 구동 중인지 알려면 어떤 함수를 써야 할까요? 커널에서 제공하는 smp_processor_id() 함수를 호출하면 됩니다.
smp_processor_id() 함수 분석
smp_processor_id() 함수를 보면서 세부 동작 방식을 확인해보겠습니다.
https://elixir.bootlin.com/linux/v4.19.30/source/include/linux/smp.h
1 # define smp_processor_id() raw_smp_processor_id()
https://elixir.bootlin.com/linux/v4.19.30/source/arch/arm/include/asm/smp.h
2 #define raw_smp_processor_id() (current_thread_info()->cpu)
선언부로 봐서 smp_processor_id() 함수는 매크로 타입의 함수임을 알 수 있습니다.
1~2번째 줄을 보면 smp_processor_id() 함수는 raw_smp_processor_id() 함수로 치환됩니다. 이어서 raw_smp_processor_id() 함수를 보면 current_thread_info()->cpu 코드로 치환된다는 사실을 알 수 있습니다.
위 선언부를 통해 알아본 smp_processor_id() 매크로 함수의 실체는 다음과 같습니다.
smp_processor_id()
raw_smp_processor_id()
(current_thread_info()->cpu)
current_thread_info() 함수는 실행 중인 프로세스 스택의 주소를 읽어서 프로세스 스택의 최상단 주소를 얻어옵니다.
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current_thread_info() 함수의 코드 분석은 4.10.2절에서 확인할 수 있습니다.
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이번에는 smp_processor_id() 함수를 써서 현재 실행 중인 코드가 어떤 CPU에서 실행 중인지 식별하는 코드를 살펴보겠습니다.
https://elixir.bootlin.com/linux/v4.19.30/source/kernel/sched/core.c
01 void resched_curr(struct rq *rq)
02 {
03 struct task_struct *curr = rq->curr;
04 int cpu;
...
05 cpu = cpu_of(rq);
06
07 if (cpu == smp_processor_id()) {
08 set_tsk_need_resched(curr);
09 set_preempt_need_resched();
10 return;
11 }
5번째 줄에서는 함수의 인자인 런큐 구조체에서 런큐 CPU 번호를 cpu 지역변수에 저장합니다. 7번째 줄에서는 smp_processor_id() 함수를 호출해서 현재 wake_up_idle_cpu() 함수가 몇 번 CPU에서 실행 중인지 확인합니다. 이때 현재 실행 중인 CPU 번호와 런큐 CPU 번호가 같으면 8~9번째 줄을 실행하고 함수 실행을 종료합니다.
참고로 67번째 줄의 매크로를 풀어서 실제 동작하는 코드로 바꾸면 아래 코드와 같습니다.
if (cpu == current_thread_info()->cpu) {
smp_processor_id() 함수의 전체 흐름 파악
커널의 다양한 코드에서 smp_processor_id() 함수를 호출해 현재 실행 중인 CPU 번호를 읽습니다. 이번에는 resched_curr() 함수에서 smp_processor_id() 함수를 호출했을 때의 실행 흐름을 확인해 봅시다.
그림 4.20 실행 중인 CPU 번호를 로딩하는 smp_processor() 함수의 실행 흐름
위 함수 콜스택은 라즈베리 파이의 라즈비안에서 확인한 것입니다. SDIO 드라이버에서 워크 핸들러인 brcmf_sdio_dataworker() 함수를 실행합니다. 이 후 __wake_up() 함수를 호출해 프로세스 스케줄링 요청을 수행하는 resched_curr() 함수를 실행합니다.
그림 4.20에서 볼 수 있듯이 resched_curr() 함수에서 smp_processor_id() 함수를 호출하면 실행 중인 프로세스 스택의 최상단 주소에 접근해서 cpu라는 필드를 읽어 옵니다.
set_task_cpu() 함수 분석
실행 중인CPU 번호를 저장하는 thread_info 구조체의 cpu 필드는 set_task_cpu() 함수가 호출될 때 변경됩니다. set_task_cpu() 함수를 보면서 세부 동작 방식을 분석해보겠습니다.
https://elixir.bootlin.com/linux/v4.19.30/source/kernel/sched/core.c
void set_task_cpu(struct task_struct *p, unsigned int new_cpu)
{
...
__set_task_cpu(p, new_cpu);
}
set_task_cpu() 함수에서는 두 번째 인자인 new_cpu를 __set_task_cpu() 함수로 전달하며 호출합니다.
이어서 __set_task_cpu() 함수를 보겠습니다.
https://elixir.bootlin.com/linux/v4.19.30/source/kernel/sched/sched.h
static inline void __set_task_cpu(struct task_struct *p, unsigned int cpu)
{
...
task_thread_info(p)->cpu = cpu;
task_thread_info() 함수는 태스크 디스크립터를 입력으로 받아 프로세스 스택의 최상단 주소를 반환합니다. thread_info 구조체의 cpu 필드에 매개변수로 전달된 cpu를 저장합니다.
정리하면 set_task_cpu() 함수를 실행하면 다음과 같은 동작을 수행합니다.
프로세스 스택의 최상단 주소에 접근
thread_info 구조체의 cpu 필드에 실행 중인 cpu 인자의 값을 저장
그림 4.21을 보면서 set_task_cpu() 함수의 실행 흐름을 확인해 보겠습니다.
그림 4.21 실행 중인 CPU 번호를 저장하는 set_task_cpu() 함수의 흐름
set_task_cpu() 함수를 호출하면 __set_task_cpu() 함수를 호출합니다. 이때 프로세스 스택의 최상단 주소에 접근해 thread_info 구조체의 cpu 필드에 cpu 번호를 저장합니다. 그림 4.21에서는 4를 CPU 번호로 지정합니다.
지금까지 thread_info 구조체의 세부 필드가 어떻게 바뀌는지 살펴봤습니다. 코드 분석을 토대로 태스크 디스크립터보다 thread_info 구조체가 프로세스 세부 동작을 저장하는 역할을 수행한다는 사실을 확인했습니다.
다음 절에서는 프로세스가 생성될 때 thread_info 구조체를 초기화하는 과정을 알아보겠습니다.
* 유튜브 강의 동영상도 있으니 같이 들으시면 좋습니다.
#프로세스
프로세스 소개
프로세스 확인하기
프로세스는 어떻게 생성할까?
유저 레벨 프로세스 실행 실습
커널 스레드
커널 내부 프로세스의 생성 과정
프로세스의 종료 과정 분석
태스크 디스크립터(task_struct 구조체)
스레드 정보: thread_info 구조체
프로세스의 태스크 디스크립터에 접근하는 매크로 함수
프로세스 디버깅
* glibc의 fork() 함수를 gdb로 디버깅하기
"혹시 궁금한 점이 있으면 댓글로 질문 남겨주세요. 아는 한 성실히 답변 올려드리겠습니다!"
Thanks,
Austin Kim(austindh.kim@gmail.com)
# Reference: For more information on 'Linux Kernel';
디버깅을 통해 배우는 리눅스 커널의 구조와 원리. 1
디버깅을 통해 배우는 리눅스 커널의 구조와 원리. 2
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