为什么我们需要单独的内核栈为每个CPU

Question

在实践中，许多操作系统被设计成具有为每个线程一个内核堆栈，或者至少为每个CPU。但是对于内核在每次进程陷阱时被锁定的操作系统，似乎没有必要为每个CPU分离内核堆栈。由于内核（具有自己的堆栈）只允许单个CPU访问，所以CPU不应该同时处于内核模式。 CPU始终被阻塞，直到前一个CPU离开并清除内核堆栈，即使在嵌套陷阱情况下也是如此。那么在这种情况下，在这样的操作系统中是否需要多个内核堆栈呢？谢谢。

Answer 1

你是对的;在这种情况下，只要具有可靠的多核心锁定功能，多个内核堆栈就不会有用。

我们通常拥有多个内核堆栈（即至少为每个线程一个内核堆栈）用于以下目的：

• 当你想能够拧你的内核和可中断，就像在微内核架构。
• 当您想要将线程从一个核心迁移到另一个核心时，例如进行负载平衡时。将CPU1的内核堆栈复制到CPU2的内核堆栈会很麻烦。毋庸置疑，它会成为性能杀手，因为你正在为此目的而冻结两个核心。
• 取决于底层架构上，具有多内核堆栈，使MMU事情变得更容易（AS管理，...）。

Answer 2

在实践中，许多操作系统不限制运行的内核级代码的线程数。事实上，放置这个限制会严重限制内核的可扩展性。没有这个限制，需要多个内核堆栈。

此外，在实践中，操作系统可以允许当前在内核模式，它再次栓内核栈给线程而不是处理器执行的线程的抢占和迁移。

如果你正在设计一个操作系统，不具备这些功能，而是限制了内核级执行到单个线程，那么单栈将所有需要。