コグノスケ

Zephyrのコンテキストスイッチ

目次: Zephyr

RISC-V向けZephyrの新しいコンテキストスイッチ（CONFIG_USE_SWITCH=y）を実装しているのですが、浮動小数点演算つまりFPUを使うスレッドを生成するとハングします。調べてみると、私が実装している場所の外にある、新しいコンテキストスイッチ（zephyr/kernel/include/kswap.hのdo_swap() 関数）の実装が今まで（CONFIG_USE_SWITCH=n）と違うように見えます。まだ確証はないですけど。

従来の処理arch_swap() では、現在のスレッド（_kernel.current）がコンテキストスイッチ（arch_swap() 内のシステムコール）の内部で旧 → 新に置き換えます。つまりcurrentは切替「前」のスレッドを指している状態でコンテキストスイッチが始まります。

ところがdo_swap() の場合、現在のスレッド（_kernel.current）がコンテキストスイッチ（arch_switch() 関数）を呼ぶ「前」に旧 → 新スレッドに置き換えます。つまりcurrentは切替「後」のスレッドを指している状態でコンテキストスイッチが始まります。

ハングに至るメカニズム

RISC-V Zephyr（他のアーキテクチャも同じかな？）ではFPU使えるスレッドと使えないスレッドを使い分けることができます。コンテキストスイッチ処理では、currentスレッドがFPUを使うか使わないかにより処理を変えています。

• FPUを使う: currentの浮動小数点レジスタをスタックに退避する処理を実行
• FPUを使わない: 退避する処理はスキップされる

私が実装したコンテキストスイッチも当然同じように実装したのですが……。先ほど説明したようにdo_swap() はcurrentを切替「後」のスレッドに設定するため、こんな悲劇が起きます。

• 旧スレッド（FPU使用不可）→ 新スレッド（FPU使用可）の明示的コンテキストスイッチを行う
• do_swap() がcurrentを新スレッド（FPU使用可）に変える
• コンテキストスイッチ
• 旧スレッド（FPU使用不可）で実行しているのに、currentは新スレッド（FPU使用可）になっている
• 浮動小数点レジスタを退避しようとして「不正命令例外」で死ぬ

原因の一端は掴めたものの、どうして他のアーキテクチャは困っていないのか？do_swap() の実装は意図的なのか？良くわかりません……。