基于vDSO的任务调度模块

功能

• 基于vDSO的跨地址空间共享
• 线程调度和协程调度的统一
• 多核调度
• 协程Waker支持
• 整合到AsyncOS中
• 进程调度

项目结构

最重要的模块为vsched和task_management。

vsched：实现为vdso共享库。其功能包括：

• 定义任务的基础数据结构BaseTask（其中，协程的定义需要外部提供alloc_stack和coroutine_schedule函数，因为不同地址空间的这些函数可能有不同的实现）
• 每个CPU核心的就绪队列的维护
• 从线程到线程/协程的切换

task_management：实现为普通库。其功能包括：

• 定义任务的延申数据结构TaskExt
• 协程相关操作（如让出、阻塞）对应的Future（因为vDSO的接口只能为普通函数，因此协程的相应接口需要在vDSO外部加一层Future包装）
• 协程的alloc_stack和coroutine_schedule函数
• 适用于线程和协程的阻塞队列
• 线程和协程的join操作（如果是使用相同辅助库的任务，就可以互相join）

base_task和scheduler为vsched的依赖库。base_task 定义了BaseTask任务结构，scheduler 定义了多种任务无关的调度器，同时也为任务做了一层包装以保存调度信息。

user_test 为用户态的测试代码，测试了 init、spawn、yield、wait、multi_thread，以及一个覆盖所有内容的all测例。

任务模型

任务数据结构如下图：

TaskInnerExt：在task_management中定义，对vsched不可见。主要包括用于退出和join的退出代码和退出等待队列，以及线程入口点和Future（协程上下文）。

TaskInner（的其它字段）：在base_task中定义，对vsched和task_management均可见。主要包括任务状态、使用的栈和线程上下文。

Task：在scheduler中定义，相较于TaskInner增加了调度器信息。

TaskRef：在scheduler中定义，在vsched中使用的任务指针。不管理引用计数。

ArcTaskRef：在task_management中定义，在task_management中使用的任务指针。管理任务的引用计数。ArcTaskRef通过Arc::into_raw转化为TaskRef（引用计数不变）并放入调度器。当任务退出时，再转化回ArcTaskRef，释放该引用计数。

任务切换与阻塞

由于vDSO对API的限制，在任务实际切换时采用了“线程切换在vsched中进行，协程切换在task_management中进行”的策略。但与任务切换相关的设置任务状态与调度器状态的过程，都需要两个模块配合完成。

协程的调度循环为task_management::task::coroutine_schedule函数。

具体的任务切换与阻塞流程如下：

任务的切换

线程 -> 线程：

vsched::api::yield_now -> vsched::sched::yield_current: 先维护就绪队列，再调用resched -> vsched::sched::resched -> vsched::sched::switch_to -> (*prev_ctx_ptr).switch_to(&*next_ctx_ptr): 真正的上下文切换过程

线程 -> 协程：

同上，但是在vsched::sched::switch_to函数中，在上下文切换前，调用next_task.set_kstack（next_task: TaskRef） -> base_task::TaskInner::set_kstack: 根据协程的alloc_stack_fn字段指向的函数分配内核栈；根据协程的coroutine_schedule字段指向的函数设置任务上下文的入口点。

协程 -> 线程：

user_test::vsched::yield_now_f -> YieldFuture::new().await -> user_test::vsched::YieldFuture::poll: 先调用vsched::api::yield_f仅维护就绪队列和任务状态不执行实际切换，再返回poll::Pending至user_test::task::coroutine_schedule -> user_test::task::coroutine_schedule: 先通过vsched::api::current获取下一个要执行的任务，再通过(*prev_ctx_ptr).switch_to(&*next_ctx_ptr)执行上下文切换。

协程 -> 协程：

同上，但是在user_test::task::coroutine_schedule函数中，在上下文切换前，将自己已用完的栈传递给下一个协程。并且，不进行线程式的上下文切换，而是直接回到循环开始，运行下一个协程的Future::poll。

任务的阻塞

线程的阻塞：

user_test::wait_queue::WaitQueue::wait -> user_test::vsched::blocked_resched: 先将任务加入阻塞队列，再调用vsched_apis::resched -> vsched::api::resched -> vsched::sched::resched，之后同任务切换过程

协程的阻塞：

user_test::wait_queue::WaitQueue::wait -> BlockedReschedFuture::new(self).await -> user_test::vsched::BlockedReschedFuture::poll: 先将任务加入阻塞队列，之后调用vsched_apis::resched_f仅维护就绪队列不执行实际切换，之后的切换过程同协程的切换。

（协程的阻塞没有使用Waker相关机制，且user_test::task::coroutine_schedule函数中使用的Waker也是Waker::noop，因此该协程调度器不支持基于Waker的协程阻塞。）

测试

测试命令：

UTEST=[测例名称，即为user_test/src/bin中的文件名] make utest

或运行test.sh，会测试yield、wait和smp三项。