1.非搶占式和可搶占式核心的區別
為了簡化問題，我使用嵌入式實時系統uc/os作為例子。首先要指出的是，uc/os只有核心態，沒有使用者態，這和linux不一樣。
多工系統中，核心負責管理各個任務，或者說為每個任務分配cpu時間，並且負責任務之間的通訊。核心提供的基本服務是任務切換。排程（scheduler）,英文還有一詞叫dispatcher，也是排程的意思。這是核心的主要職責之一，就是要決定該輪到哪個任務執行了。多數實時核心是基於優先順序排程法的。每個任務根據其重要程度的不同被賦予一定的優先順序。基於優先順序的排程法指，cpu總是讓處在就緒態的優先順序最高的任務先執行。然而，究竟何時讓高優先順序任務掌握cpu的使用權，有兩種不同的情況，這要看用的是什麼型別的核心，是不可剝奪型的還是可剝奪型核心。
非搶占式核心
非搶占式核心是由任務主動放棄cpu的使用權。非搶占式排程法也稱作合作型多工，各個任務彼此合作共享乙個cpu。非同步事件還是由中斷服務來處理。中斷服務可以使乙個高優先順序的任務由掛起狀態變為就緒狀態。但中斷服務以後控制權還是回到原來被中斷了的那個任務，直到該任務主動放棄cpu的使用權時，那個高優先順序的任務才能獲得cpu的使用權。非搶占式核心如下圖所示。
非搶占式核心的優點有：
·中斷響應快(與搶占式核心比較)；
·允許使用不可重入函式；
·幾乎不需要使用訊號量保護共享資料。執行的任務占有cpu，不必擔心被別的任務搶占。這不是絕對的，在印表機的使用上，仍需要滿足互斥條件。
非搶占式核心的缺點有：
·任務響應時間慢。高優先順序的任務已經進入就緒態，但還不能執行，要等到當前執行著的任務釋放cpu。
·非搶占式核心的任務級響應時間是不確定的，不知道什麼時候最高優先順序的任務才能拿到cpu的控制權，完全取決於應用程式什麼時候釋放cpu。
搶占式核心
使用搶占式核心可以保證系統響應時間。最高優先順序的任務一旦就緒，總能得到cpu的使用權。當乙個執行著的任務使乙個比它優先順序高的任務進入了就緒態，當前任務的cpu使用權就會被剝奪，或者說被掛起了，那個高優先順序的任務立刻得到了cpu的控制權。如果是中斷服務子程式使乙個高優先順序的任務進入就緒態，中斷完成時，中斷了的任務被掛起，優先順序高的那個任務開始執行。搶占式核心如下圖所示。
搶占式核心的優點有：
·使用搶占式核心，最高優先順序的任務什麼時候可以執行，可以得到cpu的使用權是可知的。使用搶占式核心使得任務級響應時間得以最優化。
搶占式核心的缺點有：
·不能直接使用不可重入型函式。呼叫不可重入函式時，要滿足互斥條件，這點可以使用互斥型訊號量來實現。如果呼叫不可重入型函式時，低優先順序的任務cpu的使用權被高優先順序任務剝奪，不可重入型函式中的資料有可能被破壞。
2.linux下的使用者態搶占和核心態搶占
linux除了核心態外還有使用者態。使用者程式的上下文屬於使用者態，系統呼叫和中斷處理例程上下文屬於核心態。在2.6 kernel以前，linux kernel只支援使用者態搶占。
2.1 使用者態搶占(user preemption)
在kernel返回使用者態(user-space)時，並且need_resched標誌為1時，scheduler被呼叫，這就是使用者態搶占。當kernel返回使用者態時，系統可以安全的執行當前的任務，或者切換到另外乙個任務。當中斷處理例程或者系統呼叫完成後，kernel返回使用者態時，need_resched標誌的值會被檢查，假如它為1，排程器會選擇乙個新的任務並執行。中斷和系統呼叫的返回路徑(return path)的實現在entry.s中(entry.s不僅包括kernel entry code，也包括kernel exit code)。
2.2 核心態搶占(kernel preemption)
在2.6 kernel以前，kernel code(中斷和系統呼叫屬於kernel code)會一直執行，直到code被完成或者被阻塞(系統呼叫可以被阻塞)。在 2.6 kernel裡，linux kernel變成可搶占式。當從中斷處理例程返回到核心態(kernel-space)時，kernel會檢查是否可以搶占和是否需要重新排程。kernel可以在任何時間點上搶占乙個任務(因為中斷可以發生在任何時間點上)，只要在這個時間點上kernel的狀態是安全的、可重新排程的。
3.核心態搶占的設計
3.1 可搶占的條件
要滿足什麼條件，kernel才可以搶占乙個任務的核心態呢？
·沒持有鎖。鎖是用於保護臨界區的，不能被搶占。
·kernel code可重入(reentrant)。因為kernel是smp-safe的，所以滿足可重入性。
如何判斷當前上下文(中斷處理例程、系統呼叫、核心執行緒等)是沒持有鎖的？linux在每個每個任務的thread_info結構中增加了preempt_count變數作為preemption的計數器。這個變數初始為0，當加鎖時計數器增一，當解鎖時計數器減一。
3.2 核心態需要搶占的觸發條件
核心提供了乙個need_resched標誌(這個標誌在任務結構thread_info中)來表明是否需要重新執行排程。
3.3 何時觸發重新排程
set_tsk_need_resched()：設定指定程序中的need_resched標誌
clear_tsk need_resched()：清除指定程序中的need_resched標誌
need_resched()：檢查need_ resched標誌的值;如果被設定就返回真，否則返回假
什麼時候需要重新排程：
·時鐘中斷處理例程檢查當前任務的時間片，當任務的時間片消耗完時，scheduler_tick()函式就會設定need_resched標誌；
·訊號量、等到佇列、completion等機制喚醒時都是基於waitqueue的，而waitqueue的喚醒函式為default_wake_function，其呼叫try_to_wake_up將被喚醒的任務更改為就緒狀態並設定need_resched標誌。
·設定使用者程序的nice值時，可能會使高優先順序的任務進入就緒狀態；
·改變任務的優先順序時，可能會使高優先順序的任務進入就緒狀態；
·新建乙個任務時，可能會使高優先順序的任務進入就緒狀態；
·對cpu(smp)進行負載均衡時，當前任務可能需要放到另外乙個cpu上執行；
3.4 搶占發生的時機(何時檢查可搶占條件)
·當乙個中斷處理例程退出，在返回到核心態時(kernel-space)。這是隱式的呼叫schedule()函式，當前任務沒有主動放棄cpu使用權，而是被剝奪了cpu使用權。
·當kernel code從不可搶占狀態變為可搶占狀態時(preemptible again)。也就是preempt_count從正整數變為0時。這也是隱式的呼叫schedule()函式。
·乙個任務在核心態中顯式的呼叫schedule()函式。任務主動放棄cpu使用權。
·乙個任務在核心態中被阻塞，導致需要呼叫schedule()函式。任務主動放棄cpu使用權。
3.5 禁用/使能可搶占條件的操作
對preempt_count操作的函式有add_preempt_count()、sub_preempt_count()、inc_preempt_count()、dec_preempt_count()。
使能可搶占條件的操作是preempt_enable()，它呼叫dec_preempt_count()函式，然後再呼叫preempt_check_resched()函式去檢查是否需要重新排程。
禁用可搶占條件的操作是preempt_disable()，它呼叫inc_preempt_count()函式。
在核心中有很多函式呼叫了preempt_enable()和preempt_disable()。比如spin_lock()函式呼叫了preempt_disable()函式，spin_unlock()函式呼叫了preempt_enable()函式。
3.6 什麼時候不允許搶占
preempt_count()函式用於獲取preempt_count的值，preemptible()用於判斷核心是否可搶占。
有幾種情況linux核心不應該被搶占，除此之外，linux核心在任意一點都可被搶占。這幾種情況是：
·核心正進行中斷處理。在linux核心中程序不能搶占中斷(中斷只能被其他中斷中止、搶占，程序不能中止、搶占中斷)，在中斷例程中不允許進行程序排程。程序排程函式schedule()會對此作出判斷，如果是在中斷中呼叫，會列印出錯資訊。
·核心正在進行中斷上下文的bottom half(中斷的下半部)處理。硬體中斷返回前會執行軟中斷，此時仍然處於中斷上下文中。
·核心的**段正持有spinlock自旋鎖、writelock/readlock讀寫鎖等鎖，處乾這些鎖的保護狀態中。核心中的這些鎖是為了在smp系統中短時間內保證不同cpu上執行的程序併發執行的正確性。當持有這些鎖時，核心不應該被搶占，否則由於搶占將導致其他cpu長期不能獲得鎖而死等。
·核心正在執行排程程式scheduler。搶占的原因就是為了進行新的排程，沒有理由將排程程式搶占掉再執行排程程式。
·核心正在對每個cpu「私有」的資料結構操作(per-cpu date structures)。在smp中，對於per-cpu資料結構未用spinlocks保護，因為這些資料結構隱含地被保護了(不同的cpu有不一樣的per-cpu資料，其他cpu上執行的程序不會用到另乙個cpu的per-cpu資料)。但是如果允許搶占，但乙個程序被搶占後重新排程，有可能排程到其他的cpu上去，這時定義的per-cpu變數就會有問題，這時應禁搶占。
事實上，處於核心臨界區中的程式是不能被排程的，但是處於使用者臨界區中的程式卻是可以的。臨界區分為使用者臨界區和核心臨界區
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