From d2bb57a8097d15b83f88c5e64e24db32591b300f Mon Sep 17 00:00:00 2001 From: TakiMoysha <36836047+TakiMoysha@users.noreply.github.com> Date: Mon, 15 Sep 2025 20:36:15 +0200 Subject: [PATCH] completed translation of post 12 --- .../posts/12-async-await/index.ru.md | 82 +++++++++---------- 1 file changed, 41 insertions(+), 41 deletions(-) diff --git a/blog/content/edition-2/posts/12-async-await/index.ru.md b/blog/content/edition-2/posts/12-async-await/index.ru.md index b6061ac5..45519b02 100644 --- a/blog/content/edition-2/posts/12-async-await/index.ru.md +++ b/blog/content/edition-2/posts/12-async-await/index.ru.md @@ -1038,7 +1038,7 @@ async fn example_task() { - Т.к `example_task` напрямую возвращает `Poll::Ready`, она не добавляется обратно в очередь задач. - Метод `run` возвращается после того, как `task_queue` становится пустым. Выполнение нашей функции `kernel_main` продолжается, и выводится сообщение _"It did not crash!"_. -### Async Keyboard Input +### Асинхронный ввод с клавиатуры Наш простой исполнитель не использует уведомления `Waker` и просто циклически обрабатывает все задачи до тех пор, пока они не завершатся. Это не было проблемой для нашего примера, так как наш `example_task` может завершиться сразу при первом вызове `poll`. Чтобы увидеть преимущества производительности правильной реализации `Waker`, нам нужно сначала создать задачу, которая действительно асинхронна, т.е. задачу, которая, вероятно, вернёт `Poll::Pending` при первом вызове `poll`. @@ -1050,19 +1050,19 @@ async fn example_task() { #### Очередь Скан-кодов -Сейчас мы обрабатываем ввод с клавиатуры непосредственно в обработчике прерываний. Это нехорошая реализация в долгосрочной перспективе, потому что обработчики прерываний должны быть как можно короче ( ), так как они могут прерывать важную работу. Вместо этого обработчики прерываний должны выполнять только минимальный объем необходимой работы (например, считывание кода сканирования клавиатуры) и оставлять остальную работу (например, интерпретацию кода сканирования) фоновой задаче. +Сейчас мы обрабатываем ввод с клавиатуры непосредственно в обработчике прерываний. Это не лучший подход в долгосрочной перспективе, обработка прерываний должна выполняться как можно быстрее, так как они могут прерывать важную работу. Вместо этого обработчики прерываний должны выполнять только минимальный объем необходимой работы (например, считывание кода сканирования клавиатуры) и оставлять остальную работу (например, интерпретацию кода сканирования) фоновой задаче. -Распространённым шаблоном для делегирования работы фоновым задачам является очередь. Обработчик прерываний добавляет единицы работы в очередь, а фоновая задача обрабатывает работу в очереди. Применительно к нашему прерыванию клавиатуры это означает, что обработчик прерываний только считывает скан-код с клавиатуры, добавляет его в очередь, а затем возвращается. Задача клавиатуры находится на другом конце очереди и интерпретирует и обрабатывает каждый скан-код, который в неё добавляется: +Распространённым шаблоном для делегирования работы фоновым задачам является очередь. Обработчик прерываний добавляет единицы работы в очередь, а фоновая задача обрабатывает работу в очереди. Применительно к нашем прерываниям это означает, что обработчик прерываний только считывает скан-код с клавиатуры, добавляет его в очередь, а затем возвращается. Задача клавиатуры находится на другом конце очереди и интерпретирует и обрабатывает каждый скан-код, который в неё добавляется: ![Очередь скан-кодов с 8 слотами вверху. Обработчик прерываний клавиатуры внизу слева с стрелкой "добавить скан-код" слева от очереди. Задача клавиатуры внизу справа со стрелкой "извлечь скан-код", идущей с правой стороны очереди.](scancode-queue.svg) -Простая реализация такой очереди может быть основана на `VecDeque`, защищённом мьютексом. Однако использование мьютексов в обработчиках прерываний — не очень хорошая идея, так как это может легко привести к взаимным блокировкам (deadlock). Например, пользователь нажимает клавишу, но в тот же момент задача клавиатуру заблокировала очередь, обработчик прерываний пытается снова захватить блокировку и застревает навсегда. Ещё одна проблема с этим подходом в том, что `VecDeque` автоматически увеличивает свою ёмкость, выполняя новое выделение памяти в куче, когда она заполняется. Это также может привести к взаимным блокировкам, так как наш аллокатор также использует внутренний мьютекс. Другими проблемами являются то, что выделение памяти в куче может не удаться или занять значительное время, когда куча фрагментирована. +Простая реализация такой очереди может быть основана на `VecDeque`, защищённом мьютексом. Однако использование мьютексов в обработчиках прерываний — не очень хорошая идея, так как это может легко привести к взаимным блокировкам (deadlock). Например, пользователь нажимает клавишу, но в тот же момент задача клавиатуру заблокировала очередь, обработчик прерываний пытается снова захватить блокировку и застревает навсегда. Ещё одна проблема с этим подходом в том, что `VecDeque` автоматически увеличивает свою ёмкость, выполняя новое выделение памяти в куче, когда она заполняется. Это также может привести к взаимным блокировкам, так как наш аллокатор также использует внутренний мьютекс. Более того, выделение памяти в куче может не получиться или занять значительное время, если куча фрагментирована. -Чтобы предотвратить эти проблемы, нам нужна реализация очереди, которая не требует мьютексов или выделений памяти для своей операции `push`. Такие очереди могут быть реализованы с использованием неблокирующих [атомарных операций] для добавления и извлечения элементов. Таким образом, возможно создать операции `push` и `pop`, которые требуют только ссылки `&self` и могут использоваться без мьютекса. Чтобы избежать выделений памяти при `push`, очередь может быть основана на заранее выделенном буфере фиксированного размера. Хотя это делает очередь _ограниченной_ (_bounded_) (т.е. у неё есть максимальная длина), на практике часто возможно определить разумные верхние границы для длины очереди, так что это не представляет собой большой проблемы. +Чтобы предотвратить эти проблемы, нам нужна реализация очереди, которая не требует мьютексов или выделений памяти для своей операции `push`. Такие очереди могут быть реализованы с использованием неблокирующих [атомарных операций][atiomic operations] для добавления и извлечения элементов. Таким образом, возможно создать операции `push` и `pop`, которые требуют только ссылки `&self` и могут использоваться без мьютекса. Чтобы избежать выделений памяти при `push`, очередь может быть основана на заранее выделенном буфере фиксированного размера. Хотя это делает очередь _ограниченной_ (_bounded_) (т.е. у неё есть максимальная длина), на практике часто возможно определить разумные верхние границы для длины очереди, так что это не представляет собой большой проблемы. [atomic operations]: https://doc.rust-lang.org/core/sync/atomic/index.html -##### The `crossbeam` Crate +##### Крейт `crossbeam` Реализовать такую очередь правильно и эффективно очень сложно, поэтому я рекомендую придерживаться существующих, хорошо протестированных реализаций. Один из популярных проектов на Rust, который реализует различные типы без мьютексов для конкурентного программирования — это [`crossbeam`]. Он предоставляет тип под названием [`ArrayQueue`], который именно то, что нам нужно в данном случае. И нам повезло: этот тип полностью совместим с `no_std` библиотеками, поддерживающими выделение памяти. @@ -1072,7 +1072,7 @@ async fn example_task() { Чтобы использовать этот тип, нам нужно добавить зависимость на библиотеку `crossbeam-queue`: ```toml -# in Cargo.toml +# Cargo.toml [dependencies.crossbeam-queue] version = "0.3.11" @@ -1082,7 +1082,7 @@ features = ["alloc"] По умолчанию библиотека зависит от стандартной библиотеки. Чтобы сделать её совместимой с `no_std`, нам нужно отключить её стандартные функции и вместо этого включить функцию `alloc`. (Заметьте, что мы также могли бы добавить зависимость на основную библиотеку `crossbeam`, которая повторно экспортирует библиотеку `crossbeam-queue`, но это привело бы к большему количеству зависимостей и более длительному времени компиляции.) -##### Queue Implementation +##### Реализация Очереди Используя тип `ArrayQueue`, мы теперь можем создать глобальную очередь скан-кодов в новом модуле `task::keyboard`: @@ -1116,11 +1116,11 @@ version = "0.2.0" default-features = false ``` -Вместо примитива [`OnceCell`] мы также могли бы использовать макрос [`lazy_static`]. Однако тип `OnceCell` имеет то преимущество, что мы можем гарантировать, что инициализация не произойдёт в обработчике прерываний, тем самым предотвращая выполнение выделения памяти в куче в обработчике прерываний. +Вместо примитива [`OnceCell`] мы также могли бы использовать макрос [`lazy_static`]. Однако тип `OnceCell` имеет то преимущество, что мы можем гарантировать, что инициализация не произойдёт в обработчике прерываний, тем самым предотвращая выполнение аллокации в куче в обработчике прерываний. [`lazy_static`]: https://docs.rs/lazy_static/1.4.0/lazy_static/index.html -#### Filling the Queue +#### Наполнение очереди Чтобы заполнить очередь скан-кодов, мы создаём новую функцию `add_scancode`, которую будем вызывать из обработчика прерываний: @@ -1176,7 +1176,7 @@ extern "x86-interrupt" fn keyboard_interrupt_handler( Как и ожидалось, нажатия клавиш больше не выводятся на экран, когда мы запускаем наш проект с помощью `cargo run`. Вместо этого пишется предупреждение, что очередь не инициализирована при каждом нажатия клавиши. -#### Scancode Stream +#### Стрим для скан-кодов Чтобы инициализировать `SCANCODE_QUEUE` и считывать скан-коды из очереди асинхронным способом, мы создаём новый тип `ScancodeStream`: @@ -1198,11 +1198,11 @@ impl ScancodeStream { Цель поля `_private` — предотвратить создание структуры из внешних модулей. Это делает функцию `new` единственным способом создать данный тип. В функции мы сначала пытаемся инициализировать статическую переменную `SCANCODE_QUEUE`. Если она уже инициализирована, мы вызываем панику, чтобы гарантировать, что можно создать только один экземпляр `ScancodeStream`. -Чтобы сделать скан-коды доступными для асинхронных задач, далее нужно реализовать метод, подобный `poll`, который пытается извлечь следующий скан-код из очереди. Хотя это звучит так, будто мы должны реализовать трейт [`Future`] для нашего типа, здесь он не подходит. Проблема в том, что трейт `Future` абстрагируется только над одним асинхронным значением и ожидает, что метод `poll` не будет вызываться снова после того, как он вернёт `Poll::Ready`. Наша очередь скан-кодов, однако, содержит несколько асинхронных значений, поэтому нормально продолжать опрашивать её. +Чтобы сделать скан-коды доступными для асинхронных задач, нужно реализовать метод, подобный `poll`, который пытается извлечь следующий скан-код из очереди. Хотя это звучит так, будто мы должны реализовать трейт [`Future`] для нашего типа, здесь он не подходит. Проблема в том, что трейт `Future` абстрагируется только над одним асинхронным значением и ожидает, что метод `poll` не будет вызываться снова после того, как он вернёт `Poll::Ready`. Наша очередь скан-кодов, однако, содержит несколько асинхронных значений, поэтому нормально продолжать опрашивать её. -##### The `Stream` Trait +##### Трейт `Stream` -Поскольку типы, которые возвращают несколько асинхронных значений, являются распространёнными, библиотека [`futures`] предоставляет полезную абстракцию для таких типов: трейт [`Stream`]. Трейт определяется следующим образом: +Поскольку типы, которые возвращают несколько асинхронных значений, являются распространёнными, библиотека [`futures`] предоставляет полезную абстракцию для таких типов: трейт [`Stream`]. Определение трейта: [`Stream`]: https://rust-lang.github.io/async-book/05_streams/01_chapter.html @@ -1220,11 +1220,11 @@ pub trait Stream { - Ассоциированный тип называется `Item`, а не `Output`. - Вместо метода `poll`, который возвращает `Poll`, трейт `Stream` определяет метод `poll_next`, который возвращает `Poll>` (обратите внимание на дополнительный `Option`). -Существует также семантическое отличие: метод `poll_next` можно вызывать многократно, пока он не вернёт `Poll::Ready(None)`, чтобы сигнализировать о том, что поток завершён. В этом отношении метод похож на метод [`Iterator::next`], который также возвращает `None` после последнего значения. +Существует также семантическое отличие: метод `poll_next` можно вызывать многократно, пока он не вернёт `Poll::Ready(None)`, чтобы сигнализировать о том, что стрим завершён. В этом отношении метод похож на метод [`Iterator::next`], который также возвращает `None` после последнего значения. [`Iterator::next`]: https://doc.rust-lang.org/stable/core/iter/trait.Iterator.html#tymethod.next -##### Implementing `Stream` +##### Реализация `Stream` Давайте реализуем трейт `Stream` для нашего `ScancodeStream`, чтобы предоставлять значения из `SCANCODE_QUEUE` асинхронным способом. Для этого нам сначала нужно добавить зависимость на библиотеку `futures-util`, которая содержит тип `Stream`: @@ -1237,7 +1237,7 @@ default-features = false features = ["alloc"] ``` -Мы отключаем стандартные функции, чтобы сделать библиотеку совместимой с `no_std`, и включаем функцию `alloc`, чтобы сделать доступными её типы, основанные на выделении памяти (это понадобится позже). (Заметьте, что мы также могли бы добавить зависимость на основную библиотеку `futures`, которая повторно экспортирует библиотеку `futures-util`, но это привело бы к большему количеству зависимостей и более длительному времени компиляции.) +Мы отключаем стандартные функции, чтобы сделать библиотеку совместимой с `no_std`, и включаем функцию `alloc`, чтобы сделать доступными её типы, основанные на аллокации памяти (это понадобится позже). (Заметьте, что мы также могли бы добавить зависимость на основную библиотеку `futures`, которая повторно экспортирует библиотеку `futures-util`, но это привело бы к большему количеству зависимостей и более длительному времени компиляции.) Теперь мы можем импортировать и реализовать трейт `Stream`: @@ -1264,9 +1264,9 @@ impl Stream for ScancodeStream { [`ArrayQueue::pop`]: https://docs.rs/crossbeam/0.7.3/crossbeam/queue/struct.ArrayQueue.html#method.pop -#### Waker Support +#### Поддержка Waker -Как и метод `Futures::poll`, метод `Stream::poll_next` требует от асинхронной задачи уведомить исполнителя, когда она становится готовой после возврата `Poll::Pending`. Таким образом, исполнителю не нужно повторно опрашивать ту же задачу, пока она не будет уведомлена, что значительно снижает накладные расходы на ожидание задач. +Как и метод `Futures::poll`, метод `Stream::poll_next` требует от асинхронной задачи уведомить исполнителя, когда она становится готовой после возврата `Poll::Pending`. Таким образом, исполнителю не нужно повторно опрашивать ту же задачу, пока она не получит сигнал, что значительно снижает накладные расходы на ожидание задач. Чтобы отправить это уведомление, задача должна извлечь [`Waker`] из переданной ссылки [`Context`] и сохранить его где-то. Когда задача становится готовой, она должна вызвать метод [`wake`] на сохранённом `Waker`, чтобы уведомить исполнителя о том, что задачу следует опросить снова. @@ -1288,9 +1288,9 @@ static WAKER: AtomicWaker = AtomicWaker::new(); Идея в том, что реализация `poll_next` хранит текущий `waker` в этой статической переменной, а функция `add_scancode` вызывает функцию `wake` на ней, когда новый скан-код добавляется в очередь. -##### Storing a Waker +##### Хранение Waker -Контракт, определяемый `poll`/`poll_next`, требует, чтобы задача зарегистрировала уведомление для переданного `Waker`, когда она возвращает `Poll::Pending`. Давайте изменим нашу реализацию `poll_next`, чтобы удовлетворить этому требованию: +Контракт, определяемый `poll`/`poll_next`, требует, чтобы задача зарегистрировала уведомление для переданного `Waker`, когда она возвращает `Poll::Pending`. Давайте изменим нашу реализацию `poll_next`, чтобы соблюдать это требование: ```rust // src/task/keyboard.rs @@ -1331,7 +1331,7 @@ impl Stream for ScancodeStream { Обратите внимание, что существует два способа, которыми может произойти уведомление для задачи, которая ещё не вернула `Poll::Pending`. Один из способов — это упомянутое состояние гонки, когда уведомление происходит незадолго до возвращения `Poll::Pending`. Другой способ — это когда очередь больше не пуста после регистрации `waker`, так что возвращается `Poll::Ready`. Поскольку эти ложные уведомления предотвратить невозможно, исполнитель должен уметь правильно с ними справляться. -##### Waking the Stored Waker +##### Пробуждение хранящихся Waker Чтобы разбудить сохранённый `Waker`, мы добавляем вызов `WAKER.wake()` в функцию `add_scancode`: @@ -1351,13 +1351,13 @@ pub(crate) fn add_scancode(scancode: u8) { } ``` -Единственное изменение, которое мы внесли, — это добавление вызова `WAKER.wake()`, если добавление в очередь скан-кодов прошло успешно. Если в статической переменной `WAKER` зарегистрирован `waker`, этот метод вызовет одноимённый метод [`wake`] на нём, который уведомляет исполнителя. В противном случае операция не приводит к никаким действиям (no-op). +Единственное изменение, которое мы внесли, — это добавление вызова `WAKER.wake()`, если добавление в очередь скан-кодов прошло успешно. Если в статической переменной `WAKER` зарегистрирован `waker`, этот метод вызовет одноимённый метод [`wake`] на нём, который уведомляет исполнителя. Иначе операция ничего не делает. [`wake`]: https://doc.rust-lang.org/stable/core/task/struct.Waker.html#method.wake Важно, чтобы мы вызывали `wake` только после добавления в очередь, потому что в противном случае задача может быть разбужена слишком рано, пока очередь всё ещё пуста. Это может, например, произойти при использовании многопоточного исполнителя, который запускает пробуждённую задачу параллельно на другом ядре CPU. Хотя у нас пока нет поддержки потоков, мы добавим её скоро и не хотим, чтобы всё сломалось в этом случае. -#### Keyboard Task +#### Задачи Клавиатуры Теперь, когда мы реализовали трейт `Stream` для нашего `ScancodeStream`, мы можем использовать его для создания асинхронной задачи клавиатуры: @@ -1386,13 +1386,13 @@ pub async fn print_keypresses() { } ``` -Код очень похож на тот, который у нас был в нашем обработчике прерываний клавиатуры ([keyboard interrupt handler]) до того, как мы его изменили в этом посте. Единственное различие в том, что вместо чтения скан-кода из порта ввода-вывода мы берем его из `ScancodeStream`. Для этого мы сначала создаем новый поток `Scancode`, а затем многократно используем метод [`next`], предоставляемый трейтами [`StreamExt`], чтобы получить `Future`, который разрешается в следующий элемент потока. Используя оператор `await`, мы асинхронно ожидаем результат этого `Future`. +Код очень похож на тот, который у нас был в нашем обработчике прерываний клавиатуры ([keyboard interrupt handler]) до того, как мы его изменили в этом посте. Единственное различие в том, что вместо чтения скан-кода из порта ввода-вывода мы берем его из `ScancodeStream`. Для этого мы сначала создаем новый стрим `Scancode`, а затем многократно используем метод [`next`], предоставляемый трейтами [`StreamExt`], чтобы получить `Future`, который разрешается в следующий элемент стрима. Используя оператор `await`, мы асинхронно ожидаем результат этого `Future`. [keyboard interrupt handler]: @/edition-2/posts/07-hardware-interrupts/index.md#interpreting-the-scancodes [`next`]: https://docs.rs/futures-util/0.3.4/futures_util/stream/trait.StreamExt.html#method.next [`StreamExt`]: https://docs.rs/futures-util/0.3.4/futures_util/stream/trait.StreamExt.html -Мы используем `while let`, чтобы проходить цикл, пока поток не вернет `None`, сигнализируя о своем завершении. Поскольку наш метод `poll_next` никогда не возвращает `None`, это фактически бесконечный цикл, поэтому задача `print_keypresses` никогда не завершается. +Мы используем `while let` для цикла, пока стрим не вернет `None`, сигнализируя о своем завершении. Поскольку наш метод `poll_next` никогда не возвращает `None`, это фактически бесконечный цикл, поэтому задача `print_keypresses` никогда не завершается. Давайте добавим задачу `print_keypresses` в наш исполнитель в `main.rs`, чтобы снова получить работающий ввод с клавиатуры: @@ -1420,11 +1420,11 @@ fn kernel_main(boot_info: &'static BootInfo) -> ! { Если вы будете следить за загрузкой процессора вашего компьютера, вы увидите, что процесс `QEMU` теперь постоянно загружает CPU. Это происходит потому, что наш `SimpleExecutor` многократно опрашивает задачи в цикле. Поэтому даже если мы не нажимаем никаких клавиш на клавиатуре, исполнитель снова и снова вызывает `poll` для нашей задачи `print_keypresses`, хотя задача не может добиться прогресса и будет каждый раз возвращать `Poll::Pending`. -### Executor with Waker Support +### Исполнитель с Поддержкой Waker -Чтобы решить проблему производительности, нам нужно создать исполнитель, который правильно использует уведомления `Waker`. Таким образом, исполнитель будет уведомлен, когда произойдет следующее прерывание клавиатуры, и ему не нужно будет постоянно опрашивать задачу `print_keypresses`. +Чтобы решить проблему производительности, нам нужно создать исполнитель, который правильно использует уведомления `Waker`. Так исполнитель будет уведомлен при следующем прерывании клавиатуры и ему не нужно будет постоянно опрашивать задачу `print_keypresses`. -#### Task Id +#### Id Задачи Первый шаг в создании исполнителя с правильной поддержкой уведомлений waker — это дать каждой задаче уникальный идентификатор. Это необходимо, потому что нам нужно иметь способ указать, какую задачу следует разбудить. Мы начинаем с создания нового типа-обёртки `TaskId`: @@ -1452,7 +1452,7 @@ impl TaskId { } ``` -Функция использует статическую переменную `NEXT_ID` типа [`AtomicU64`], чтобы гарантировать, что каждый идентификатор присваивается только один раз. Метод [`fetch_add`] атомарно увеличивает значение и возвращает предыдущее за одну атомарную операцию. Это значит, что даже когда метод `TaskId::new` вызывается параллельно, каждый идентификатор возвращается ровно один раз. Параметр [`Ordering`] определяет, может ли компилятор переупорядочить операцию `fetch_add` в потоке инструкций. Поскольку мы только требуем, чтобы идентификатор был уникальным, в этом случае достаточно использования упорядочивание `Relaxed` с самыми слабыми требованиями. +Функция использует статическую переменную `NEXT_ID` типа [`AtomicU64`], чтобы гарантировать, что каждый идентификатор присваивается только один раз. Метод [`fetch_add`] атомарно увеличивает значение и возвращает предыдущее за одну атомарную операцию. Это значит, что даже когда метод `TaskId::new` вызывается параллельно, каждый идентификатор возвращается ровно один раз. Параметр [`Ordering`] определяет, может ли компилятор переупорядочить операцию `fetch_add` в стриме инструкций. Поскольку мы только требуем, чтобы идентификатор был уникальным, в этом случае достаточно использования упорядочивание `Relaxed` с самыми слабыми требованиями. [`AtomicU64`]: https://doc.rust-lang.org/core/sync/atomic/struct.AtomicU64.html [`fetch_add`]: https://doc.rust-lang.org/core/sync/atomic/struct.AtomicU64.html#method.fetch_add @@ -1480,7 +1480,7 @@ impl Task { Новое поле `id` позволяет уникально называть задачу, что необходимо для пробуждения конкретной задачи. -#### The `Executor` Type +#### Тип `Executor` Мы создаем наш новый тип `Executor` в модуле `task::executor`: @@ -1517,7 +1517,7 @@ impl Executor { Вместо хранения задач в [`VecDeque`], как мы делали для нашего `SimpleExecutor`, мы используем `task_queue` с идентификаторами задач и [`BTreeMap`] с именем `tasks`, который содержит фактические экземпляры `Task`. Карта индексируется по `TaskId`, что позволяет эффективно продолжать выполнение конкретной задачи. -Поле `task_queue` представляет собой [`ArrayQueue`] идентификаторов задач, обёрнутую в тип [`Arc`], который реализует _счётчик ссылок_ (_reference counting_). Счётчик ссылок позволяет разделять владение значением между несколькими владельцами. Он создает место в куче и записывает туда кол-во активных ссылок. Когда количество активных ссылок достигает нуля, значение больше не нужно и может быть освобождено. +Поле `task_queue` представляет собой [`ArrayQueue`] идентификаторов задач, обёрнутую в тип [`Arc`], который реализует _счётчик ссылок_ (_reference counting_). Счётчик ссылок позволяет разделять владение значением между несколькими владельцами. Он аллоцирует место куче и записывает туда кол-во активных ссылок. Когда количество активных ссылок достигает нуля, значение больше не нужно и может быть освобождено. Мы используем тип `Arc` для `task_queue`, потому что он будет разделяться между исполнителем и wakers. Идея в том, что wakers добавляют идентификатор разбуженной задачи в очередь. Исполнитель находится на приемной стороне очереди, извлекает разбуженные задачи по их идентификатору из `tasks` дерева и затем выполняет их. Причина использования фиксированной очереди вместо неограниченной, такой как [`SegQueue`] в том, что обработчики прерываний не должны выделять память при добавлении в эту очередь. @@ -1528,7 +1528,7 @@ impl Executor { Чтобы создать `Executor`, мы предоставляем простую функцию `new`. Мы выбираем ёмкость 100 для `task_queue`, что должно быть более чем достаточно на обозримое будущее. В случае, если в нашей системе в какой-то момент будет больше 100 параллельных задач, мы можем легко увеличить этот размер. -#### Spawning Tasks +#### Cпавн Задач Как и в `SimpleExecutor`, мы предоставляем метод `spawn` для нашего типа `Executor`, который добавляет данную задачу в дерево `tasks` и немедленно пробуждает её, добавляя её идентификатор в `task_queue`: @@ -1548,7 +1548,7 @@ impl Executor { Если в карте уже существует задача с тем же идентификатором, метод [`BTreeMap::insert`] возвращает её. Это никогда не должно происходить, поскольку каждая задача имеет уникальный идентификатор, поэтому в этом случае мы вызываем панику, так как это указывает на ошибку в нашем коде. Аналогично, мы вызываем панику, когда `task_queue` полна, так как этого никогда не должно происходить, если мы выбираем достаточно большой размер очереди. -#### Running Tasks +#### Запуск Задач Чтобы выполнить все задачи в `task_queue`, мы создаём приватный метод `run_ready_tasks`: @@ -1609,7 +1609,7 @@ impl Executor { [`BTreeMap::remove`]: https://doc.rust-lang.org/alloc/collections/btree_map/struct.BTreeMap.html#method.remove -#### Waker Design +#### Архитектура Waker Задача waker — добавить идентификатор разбуженной задачи в `task_queue` исполнителя. Мы реализуем это, создавая новую структуру `TaskWaker`, которая хранит идентификатор задачи и ссылку на `task_queue`: @@ -1668,7 +1668,7 @@ impl Wake for TaskWaker { Разница между методами `wake` и `wake_by_ref` заключается в том, что последний требует только ссылки на `Arc`, в то время как первый забирает владение `Arc` и, следовательно, часто требует увеличения счётчика ссылок. Не все типы поддерживают пробуждение по ссылке, поэтому реализация метода `wake_by_ref` является необязательной. Однако это может привести к лучшей производительности, так как избегает ненужных модификаций счётчика ссылок. В нашем случае мы можем просто перенаправить оба метода трейта к нашей функции `wake_task`, которая требует только совместимой ссылки `&self`. -##### Creating Wakers +##### Создание Wakers Поскольку тип `Waker` поддерживает преобразования [`From`] для всех значений, обёрнутых в `Arc`, которые реализуют трейт `Wake`, мы теперь можем реализовать функцию `TaskWaker::new`, которая требуется для метода `Executor::run_ready_tasks`: @@ -1691,7 +1691,7 @@ impl TaskWaker { [waker-from-impl]: https://github.com/rust-lang/rust/blob/cdb50c6f2507319f29104a25765bfb79ad53395c/src/liballoc/task.rs#L58-L87 -#### A `run` Method +#### Метод `run` С нашей реализацией waker мы наконец можем создать метод `run` для нашего исполнителя: @@ -1736,7 +1736,7 @@ fn kernel_main(boot_info: &'static BootInfo) -> ! { Тем не менее загрузка процессора QEMU не уменьшилась. Причина в том, что мы по-прежнему загружаем процессор всё время. Мы больше не опрашиваем задачи, пока они не будут пробуждены снова, но мы всё же проверяем `task_queue` в цикле с занятым ожиданием. Чтобы это исправить, нам нужно перевести процессор в спящий режим, если больше нет работы. -#### Sleep If Idle +#### Спать если Idle Основная идея в том, чтобы выполнять [инструкцию `hlt`][[`hlt` instruction]] при пустой `task_queue`. Эта инструкция ставит процессор в спящий режим до следующего прерывания. Факт, что процессор немедленно активируется снова при возникновении прерывания, обеспечивает возможность прямой реакции, когда обработчик прерываний добавляет задачу в `task_queue`. @@ -1806,7 +1806,7 @@ impl Executor { Теперь наш исполнитель правильно ставит процессор в спящий режим, когда задач нету. Мы можем видеть, что загрузка процессора QEMU значительно снизилась, когда мы снова запускаем наше ядро с помощью `cargo run`. -#### Possible Extensions +#### Возможные Расширения Наш исполнитель теперь способен эффективно выполнять задачи. Он использует уведомления waker, чтобы избежать опроса ожидающих задач, и переводит процессор в спящий режим, когда задач нету. Однако наш исполнитель всё ещё довольно примитивный, и существует множество способов расширить его функциональность: @@ -1820,7 +1820,7 @@ impl Executor { [scheduling-wiki]: https://en.wikipedia.org/wiki/Scheduling_(computing) [_work stealing_]: https://en.wikipedia.org/wiki/Work_stealing -## Summary +## Итоги Мы начали этот пост с введения в **мультизадачность** и различия между _вытесняемой_ мультизадачностью, которая регулярно принудительно прерывает выполняющиеся задачи, и _кооперативной_ мультизадачностью, которая позволяет задачам выполняться до тех пор, пока они добровольно не отдадут управление процессором. @@ -1832,7 +1832,7 @@ impl Executor { Чтобы использовать уведомления waker для задачи клавиатуры, мы создали новый тип `Executor`, который использует совместно используемую `task_queue` на основе `Arc` для готовых задач. Мы реализовали тип `TaskWaker`, который добавляет идентификаторы разбуженных задач непосредственно в эту `task_queue`, которые затем снова опрашиваются исполнителем. Чтобы сэкономить энергию, когда нет запущенных задач, мы добавили поддержку перевода процессора в спящий режим с использованием инструкции `hlt`. Наконец, мы обсудили некоторые потенциальные расширения для нашего исполнителя, например, предоставление поддержки многопроцессорности. -## What's Next? +## Что Далее? Используя async/await, мы теперь имеем базовую поддержку кооперативной мультизадачности в нашем ядре. Хотя кооперативная мультизадачность очень эффективна, она может привести к проблемам с задержкой, когда отдельные задачи выполняются слишком долго, тем самым препятствуя выполнению других задач. По этой причине имеет смысл также добавить поддержку вытесняющей мультизадачности в наше ядро.