thread_create_etc와 stack 소유권 | LK

QUESTION

thread_create_etc와 stack 소유권 단계에서 실제로 바뀌는 상태는 무엇인가?

thread object와 stack을 누가 할당했는지에 따라 종료 시 free 경로가 달라진다. 초기 상태가 suspended인 이유도 resume과 분리해 본다.

run queue에 들어가기 전 thread의 stack, entry, priority와 architecture context가 모두 유효해야 한다. 이 문장을 기준으로 코드를 위에서 아래로 읽으면, 함수 이름을 외우는 대신 어느 시점에 어떤 상태를 신뢰할 수 있는지 판단할 수 있다.

STRUCTURE

객체와 주소가 놓이는 구조

그림 1. thread_create_etc와 stack 소유권에서 입력, 내부 상태, 출력의 경계

입력과 전제내부 상태외부로 공개되는 결과

01thread object

02stack allocation

03saved context

04run queue links

INVARIANT

run queue에 들어가기 전 thread의 stack, entry, priority와 architecture context가 모두 유효해야 한다.

thread_t / kernel stack를 중심에 놓고 왼쪽의 입력이 어떤 검사를 거쳐 오른쪽 결과로 공개되는지 표시했다. 실제 디버깅에서는 각 블록의 주소와 크기를 로그에 대입한다.

CALL PATH

실행 흐름

그림 2. 정상 경로의 주요 호출과 상태 전달

caller

allocate thread_t

allocate stack

arch_thread_initialize

suspended thread

화살표는 단순 호출 순서만 뜻하지 않는다. 각 단계가 성공을 반환할 때 다음 단계가 읽을 수 있는 상태가 무엇인지 함께 확인한다. 오류 반환이 발생하면 바로 다음 화살표로 진행하지 않고 해당 단계의 정리 경로를 따라간다.

STATE LEDGER

단계별 입력과 출력

호출 순서를 함수 이름으로만 외우지 않고, 각 단계가 무엇을 받아 무엇을 공개하는지 적은 표다. 실제 소스에서 생산 필드가 다르면 표를 고치는 방식으로 사용한다.

#	단계	진입 시 신뢰할 상태	성공 뒤 남아야 할 상태	다음 소비자
01	`caller`	부트 CPU의 동기 실행 문맥	thread object	allocate thread_t
02	`allocate thread_t`	caller 완료 상태	stack allocation	allocate stack
03	`allocate stack`	allocate thread_t 완료 상태	saved context	arch_thread_initialize
04	`arch_thread_initialize`	allocate stack 완료 상태	run queue links	suspended thread
05	`suspended thread`	arch_thread_initialize 완료 상태	run queue links	최종 최종 부트로더 이미지 또는 다음 stage

공통 불변 조건: run queue에 들어가기 전 thread의 stack, entry, priority와 architecture context가 모두 유효해야 한다. 한 단계의 출력이 다음 단계의 입력 조건을 만족하지 않으면 오류가 실제로 드러난 위치보다 앞의 생산 단계부터 조사한다.

UPSTREAM SOURCE

원본 코드

아래 코드는 LK upstream 1eb9917의 kernel/thread.c에서 122-210줄을 그대로 가져온 것이다. 설명을 위해 실제 코드를 가짜 의사 코드로 바꾸지 않았다.

commit1eb99171efae98867d4be4a5bd6479ea03f43ac9symbolthread_t *thread_create_etc

122 * This function creates a new thread.  The thread is initially suspended, so you
123 * need to call thread_resume() to execute it.
124 *
125 * @param  name        Name of thread
126 * @param  entry       Entry point of thread
127 * @param  arg         Arbitrary argument passed to entry()
128 * @param  priority    Execution priority for the thread.
129 * @param  stack_size  Stack size for the thread.
130 *
131 * Thread priority is an integer from 0 (lowest) to 31 (highest).  Some standard
132 * prioritys are defined in <kernel/thread.h>:
133 *
134 *  HIGHEST_PRIORITY
135 *  DPC_PRIORITY
136 *  HIGH_PRIORITY
137 *  DEFAULT_PRIORITY
138 *  LOW_PRIORITY
139 *  IDLE_PRIORITY
140 *  LOWEST_PRIORITY
141 *
142 * Stack size is typically set to DEFAULT_STACK_SIZE
143 *
144 * @return  Pointer to thread object, or NULL on failure.
145 */
146thread_t *thread_create_etc(thread_t *t, const char *name, thread_start_routine entry, void *arg, int priority, void *stack, size_t stack_size) {
147    unsigned int flags = 0;
148
149    if (!t) {
150        t = malloc(sizeof(thread_t));
151        if (!t)
152            return NULL;
153        flags |= THREAD_FLAG_FREE_STRUCT;
154    }
155
156    init_thread_struct(t, name);
157
158    t->entry = entry;
159    t->arg = arg;
160    t->priority = priority;
161    t->state = THREAD_SUSPENDED;
162    t->blocking_wait_queue = NULL;
163    t->wait_queue_block_ret = NO_ERROR;
164    thread_set_curr_cpu(t, -1);
165
166    t->retcode = 0;
167    wait_queue_init(&t->retcode_wait_queue);
168
169#if WITH_KERNEL_VM
170    t->aspace = NULL;
171#endif
172
173    /* create the stack */
174    if (!stack) {
175#if THREAD_STACK_BOUNDS_CHECK
176        stack_size += THREAD_STACK_PADDING_SIZE;
177        flags |= THREAD_FLAG_DEBUG_STACK_BOUNDS_CHECK;
178#endif
179        t->stack = malloc(stack_size);
180        if (!t->stack) {
181            if (flags & THREAD_FLAG_FREE_STRUCT)
182                free(t);
183            return NULL;
184        }
185        flags |= THREAD_FLAG_FREE_STACK;
186#if THREAD_STACK_BOUNDS_CHECK
187        memset(t->stack, STACK_DEBUG_BYTE, THREAD_STACK_PADDING_SIZE);
188#endif
189    } else {
190        t->stack = stack;
191    }
192#if THREAD_STACK_HIGHWATER
193    if (flags & THREAD_FLAG_DEBUG_STACK_BOUNDS_CHECK) {
194        memset(t->stack + THREAD_STACK_PADDING_SIZE, STACK_DEBUG_BYTE,
195               stack_size - THREAD_STACK_PADDING_SIZE);
196    } else {
197        memset(t->stack, STACK_DEBUG_BYTE, stack_size);
198    }
199#endif
200
201    t->stack_size = stack_size;
202
203    /* save whether or not we need to free the thread struct and/or stack */
204    t->flags = flags;
205
206    /* inherit thread local storage from the parent */
207    thread_t *current_thread = get_current_thread();
208    int i;
209    for (i=0; i < MAX_TLS_ENTRY; i++)
210        t->tls[i] = current_thread->tls[i];

LINE BY LINE

122-210줄 해설

원본에 보이는 모든 줄을 순서대로 설명한다. 빈 줄도 block 경계로 남겨, 코드와 설명의 위치가 어긋나지 않게 했다.

122* This function creates a new thread. The thread is initially suspended, so you

원본 주석이 'This function creates a new thread. The thread is initially suspended, so you'라고 기록한 줄이다. 바로 아래 구현이 이 전제와 같은 순서·단위를 사용하는지 대조한다.

123* need to call thread_resume() to execute it.

원본 주석이 'need to call thread_resume() to execute it.'라고 기록한 줄이다. 바로 아래 구현이 이 전제와 같은 순서·단위를 사용하는지 대조한다.

124*

원본 주석이 'block boundary'라고 기록한 줄이다. 바로 아래 구현이 이 전제와 같은 순서·단위를 사용하는지 대조한다.

125* @param name Name of thread

원본 주석이 '@param name Name of thread'라고 기록한 줄이다. 바로 아래 구현이 이 전제와 같은 순서·단위를 사용하는지 대조한다.

126* @param entry Entry point of thread

원본 주석이 '@param entry Entry point of thread'라고 기록한 줄이다. 바로 아래 구현이 이 전제와 같은 순서·단위를 사용하는지 대조한다.

127* @param arg Arbitrary argument passed to entry()

원본 주석이 '@param arg Arbitrary argument passed to entry()'라고 기록한 줄이다. 바로 아래 구현이 이 전제와 같은 순서·단위를 사용하는지 대조한다.

128* @param priority Execution priority for the thread.

원본 주석이 '@param priority Execution priority for the thread.'라고 기록한 줄이다. 바로 아래 구현이 이 전제와 같은 순서·단위를 사용하는지 대조한다.

129* @param stack_size Stack size for the thread.

원본 주석이 '@param stack_size Stack size for the thread.'라고 기록한 줄이다. 바로 아래 구현이 이 전제와 같은 순서·단위를 사용하는지 대조한다.

130*

원본 주석이 'block boundary'라고 기록한 줄이다. 바로 아래 구현이 이 전제와 같은 순서·단위를 사용하는지 대조한다.

131* Thread priority is an integer from 0 (lowest) to 31 (highest). Some standard

원본 주석이 'Thread priority is an integer from 0 (lowest) to 31 (highest). Some standard'라고 기록한 줄이다. 바로 아래 구현이 이 전제와 같은 순서·단위를 사용하는지 대조한다.

132* prioritys are defined in <kernel/thread.h>:

원본 주석이 'prioritys are defined in <kernel/thread.h>:'라고 기록한 줄이다. 바로 아래 구현이 이 전제와 같은 순서·단위를 사용하는지 대조한다.

133*

원본 주석이 'block boundary'라고 기록한 줄이다. 바로 아래 구현이 이 전제와 같은 순서·단위를 사용하는지 대조한다.

134* HIGHEST_PRIORITY

원본 주석이 'HIGHEST_PRIORITY'라고 기록한 줄이다. 바로 아래 구현이 이 전제와 같은 순서·단위를 사용하는지 대조한다.

135* DPC_PRIORITY

원본 주석이 'DPC_PRIORITY'라고 기록한 줄이다. 바로 아래 구현이 이 전제와 같은 순서·단위를 사용하는지 대조한다.

136* HIGH_PRIORITY

원본 주석이 'HIGH_PRIORITY'라고 기록한 줄이다. 바로 아래 구현이 이 전제와 같은 순서·단위를 사용하는지 대조한다.

137* DEFAULT_PRIORITY

원본 주석이 'DEFAULT_PRIORITY'라고 기록한 줄이다. 바로 아래 구현이 이 전제와 같은 순서·단위를 사용하는지 대조한다.

138* LOW_PRIORITY

원본 주석이 'LOW_PRIORITY'라고 기록한 줄이다. 바로 아래 구현이 이 전제와 같은 순서·단위를 사용하는지 대조한다.

139* IDLE_PRIORITY

원본 주석이 'IDLE_PRIORITY'라고 기록한 줄이다. 바로 아래 구현이 이 전제와 같은 순서·단위를 사용하는지 대조한다.

140* LOWEST_PRIORITY

원본 주석이 'LOWEST_PRIORITY'라고 기록한 줄이다. 바로 아래 구현이 이 전제와 같은 순서·단위를 사용하는지 대조한다.

141*

원본 주석이 'block boundary'라고 기록한 줄이다. 바로 아래 구현이 이 전제와 같은 순서·단위를 사용하는지 대조한다.

142* Stack size is typically set to DEFAULT_STACK_SIZE

원본 주석이 'Stack size is typically set to DEFAULT_STACK_SIZE'라고 기록한 줄이다. 바로 아래 구현이 이 전제와 같은 순서·단위를 사용하는지 대조한다.

143*

원본 주석이 'block boundary'라고 기록한 줄이다. 바로 아래 구현이 이 전제와 같은 순서·단위를 사용하는지 대조한다.

144* @return Pointer to thread object, or NULL on failure.

원본 주석이 '@return Pointer to thread object, or NULL on failure.'라고 기록한 줄이다. 바로 아래 구현이 이 전제와 같은 순서·단위를 사용하는지 대조한다.

145*/

원본 주석이 'block boundary'라고 기록한 줄이다. 바로 아래 구현이 이 전제와 같은 순서·단위를 사용하는지 대조한다.

146

thread_t *thread_create_etc(thread_t *t, const char *name, thread_start_routine entry, void *arg, int priority, void *stack, size_t stack_size) {

thread_create_etc(thread_t *t, const char *name, thread_start_routine entry, void *arg, int priority, void *stack, size_t stack_size)를 호출한다. 반환값을 직접 사용하지 않으므로 이 함수가 실패를 내부 처리하는지 확인해야 한다. pointer 인자는 thread_t / kernel stack의 소유권을 넘기는지 호출 동안만 빌리는지 구분하고, 호출 뒤 공개되는 상태를 run queue links 항목과 대조한다.

147unsigned int flags = 0;

unsigned int flags = 0를 선언한다. 함수 안 선언이면 현재 stack frame, file scope와 static이면 image의 data/BSS에 놓인다. 이 값이 thread_t / kernel stack를 직접 소유하는지 pointer만 빌리는지, 부트 CPU의 동기 실행 문맥를 벗어난 뒤에도 참조되는지 다음 대입과 callback 등록까지 따라간다.

148(빈 줄)

unsigned int flags = 0;까지의 동작과 if (!t) {에서 시작하는 동작을 나누는 빈 줄이다. 앞 블록이 만든 run queue links 상태가 아래 블록의 입력으로 사용되는 경계다.

149if (!t) {

!t를 검사해 진행 여부를 가른다. 거짓 경로와 참 경로 중 어느 쪽이 'run queue에 들어가기 전 thread의 stack, entry, priority와 architecture context가 모두 유효해야 한다' 조건을 보존하는지 다음 return 또는 goto까지 따라간다.

150t = malloc(sizeof(thread_t));

t에 malloc(sizeof(thread_t))를 = 연산으로 반영해 현재 scope의 계산 결과를 저장한다. 바로 다음 if (!t)가 이 값을 다시 읽으므로 그 전까지 완성된 값이어야 한다. 실패 경로가 이 field를 이전 값으로 되돌리거나 객체 전체를 폐기하는지도 확인한다.

151if (!t)

152return NULL;

NULL를 호출자에게 반환한다. caller가 이 값을 검사한 뒤 부분 초기화된 thread_t / kernel stack를 정리하거나 다음 단계로 진행하는지 확인한다.

153flags |= THREAD_FLAG_FREE_STRUCT;

flags에 THREAD_FLAG_FREE_STRUCT를 |= 연산으로 반영해 현재 scope의 계산 결과를 저장한다. 이후 suspended thread 단계가 이 값을 처음 소비하는 지점을 찾는다. 실패 경로가 이 field를 이전 값으로 되돌리거나 객체 전체를 폐기하는지도 확인한다.

154}

현재 block, initializer 또는 호출의 경계를 닫는다. 이 지점까지 획득한 resource가 성공 경로와 실패 경로에서 대칭인지 점검한다.

155(빈 줄)

}까지의 동작과 init_thread_struct(t, name);에서 시작하는 동작을 나누는 빈 줄이다. 앞 블록이 만든 run queue links 상태가 아래 블록의 입력으로 사용되는 경계다.

156init_thread_struct(t, name);

init_thread_struct(t, name)를 호출한다. 반환값을 직접 사용하지 않으므로 이 함수가 실패를 내부 처리하는지 확인해야 한다. pointer 인자는 thread_t / kernel stack의 소유권을 넘기는지 호출 동안만 빌리는지 구분하고, 호출 뒤 공개되는 상태를 run queue links 항목과 대조한다.

157(빈 줄)

init_thread_struct(t, name);까지의 동작과 t->entry = entry;에서 시작하는 동작을 나누는 빈 줄이다. 앞 블록이 만든 run queue links 상태가 아래 블록의 입력으로 사용되는 경계다.

158t->entry = entry;

t->entry에 entry를 = 연산으로 반영해 thread_t / kernel stack와 연결된 field를 갱신한다. 이후 suspended thread 단계가 이 값을 처음 소비하는 지점을 찾는다. 실패 경로가 이 field를 이전 값으로 되돌리거나 객체 전체를 폐기하는지도 확인한다.

159t->arg = arg;

t->arg에 arg를 = 연산으로 반영해 thread_t / kernel stack와 연결된 field를 갱신한다. 이후 suspended thread 단계가 이 값을 처음 소비하는 지점을 찾는다. 실패 경로가 이 field를 이전 값으로 되돌리거나 객체 전체를 폐기하는지도 확인한다.

160t->priority = priority;

t->priority에 priority를 = 연산으로 반영해 thread_t / kernel stack와 연결된 field를 갱신한다. 이후 suspended thread 단계가 이 값을 처음 소비하는 지점을 찾는다. 실패 경로가 이 field를 이전 값으로 되돌리거나 객체 전체를 폐기하는지도 확인한다.

161t->state = THREAD_SUSPENDED;

t->state에 THREAD_SUSPENDED를 = 연산으로 반영해 thread_t / kernel stack와 연결된 field를 갱신한다. 이후 suspended thread 단계가 이 값을 처음 소비하는 지점을 찾는다. 실패 경로가 이 field를 이전 값으로 되돌리거나 객체 전체를 폐기하는지도 확인한다.

162t->blocking_wait_queue = NULL;

t->blocking_wait_queue에 NULL를 = 연산으로 반영해 thread_t / kernel stack와 연결된 field를 갱신한다. 이후 suspended thread 단계가 이 값을 처음 소비하는 지점을 찾는다. 실패 경로가 이 field를 이전 값으로 되돌리거나 객체 전체를 폐기하는지도 확인한다.

163t->wait_queue_block_ret = NO_ERROR;

t->wait_queue_block_ret에 NO_ERROR를 = 연산으로 반영해 thread_t / kernel stack와 연결된 field를 갱신한다. 이후 suspended thread 단계가 이 값을 처음 소비하는 지점을 찾는다. 실패 경로가 이 field를 이전 값으로 되돌리거나 객체 전체를 폐기하는지도 확인한다.

164thread_set_curr_cpu(t, -1);

thread_set_curr_cpu(t, -1)를 호출한다. 반환값을 직접 사용하지 않으므로 이 함수가 실패를 내부 처리하는지 확인해야 한다. pointer 인자는 thread_t / kernel stack의 소유권을 넘기는지 호출 동안만 빌리는지 구분하고, 호출 뒤 공개되는 상태를 run queue links 항목과 대조한다.

165(빈 줄)

thread_set_curr_cpu(t, -1);까지의 동작과 t->retcode = 0;에서 시작하는 동작을 나누는 빈 줄이다. 앞 블록이 만든 run queue links 상태가 아래 블록의 입력으로 사용되는 경계다.

166t->retcode = 0;

t->retcode에 0를 = 연산으로 반영해 thread_t / kernel stack와 연결된 field를 갱신한다. 바로 다음 wait_queue_init(&t->retcode_wait_queue);가 이 값을 다시 읽으므로 그 전까지 완성된 값이어야 한다. 실패 경로가 이 field를 이전 값으로 되돌리거나 객체 전체를 폐기하는지도 확인한다.

167wait_queue_init(&t->retcode_wait_queue);

wait_queue_init(&t->retcode_wait_queue)를 호출한다. 반환값을 직접 사용하지 않으므로 이 함수가 실패를 내부 처리하는지 확인해야 한다. pointer 인자는 thread_t / kernel stack의 소유권을 넘기는지 호출 동안만 빌리는지 구분하고, 호출 뒤 공개되는 상태를 run queue links 항목과 대조한다.

168(빈 줄)

wait_queue_init(&t->retcode_wait_queue);까지의 동작과 #if WITH_KERNEL_VM에서 시작하는 동작을 나누는 빈 줄이다. 앞 블록이 만든 run queue links 상태가 아래 블록의 입력으로 사용되는 경계다.

169#if WITH_KERNEL_VM

#if 전처리 지시문으로 이 줄 아래의 code가 binary에 존재할지를 결정한다. architecture 또는 build stage 조건을 여닫는다. 현재 .config와 compiler의 -dD -E 출력에서 실제로 남은 branch를 확인한 뒤 line-by-line 흐름에 포함한다.

170t->aspace = NULL;

t->aspace에 NULL를 = 연산으로 반영해 thread_t / kernel stack와 연결된 field를 갱신한다. 이후 suspended thread 단계가 이 값을 처음 소비하는 지점을 찾는다. 실패 경로가 이 field를 이전 값으로 되돌리거나 객체 전체를 폐기하는지도 확인한다.

171#endif

#endif 전처리 지시문으로 이 줄 아래의 code가 binary에 존재할지를 결정한다. architecture 또는 build stage 조건을 여닫는다. 현재 .config와 compiler의 -dD -E 출력에서 실제로 남은 branch를 확인한 뒤 line-by-line 흐름에 포함한다.

172(빈 줄)

#endif까지의 동작과 /* create the stack */에서 시작하는 동작을 나누는 빈 줄이다. 앞 블록이 만든 run queue links 상태가 아래 블록의 입력으로 사용되는 경계다.

173/* create the stack */

원본 주석이 'create the stack'라고 기록한 줄이다. 바로 아래 구현이 이 전제와 같은 순서·단위를 사용하는지 대조한다.

174if (!stack) {

!stack를 검사해 진행 여부를 가른다. 거짓 경로와 참 경로 중 어느 쪽이 'run queue에 들어가기 전 thread의 stack, entry, priority와 architecture context가 모두 유효해야 한다' 조건을 보존하는지 다음 return 또는 goto까지 따라간다.

175#if THREAD_STACK_BOUNDS_CHECK

176stack_size += THREAD_STACK_PADDING_SIZE;

stack_size에 THREAD_STACK_PADDING_SIZE를 += 연산으로 반영해 현재 scope의 계산 결과를 저장한다. 주소·크기 값이면 단위와 정렬, 덧셈 overflow를 함께 검산한다. 이후 suspended thread 단계가 이 값을 처음 소비하는 지점을 찾는다. 실패 경로가 이 field를 이전 값으로 되돌리거나 객체 전체를 폐기하는지도 확인한다.

177flags |= THREAD_FLAG_DEBUG_STACK_BOUNDS_CHECK;

flags에 THREAD_FLAG_DEBUG_STACK_BOUNDS_CHECK를 |= 연산으로 반영해 현재 scope의 계산 결과를 저장한다. 이후 suspended thread 단계가 이 값을 처음 소비하는 지점을 찾는다. 실패 경로가 이 field를 이전 값으로 되돌리거나 객체 전체를 폐기하는지도 확인한다.

178#endif

179t->stack = malloc(stack_size);

t->stack에 malloc(stack_size)를 = 연산으로 반영해 thread_t / kernel stack와 연결된 field를 갱신한다. 바로 다음 if (!t->stack) {가 이 값을 다시 읽으므로 그 전까지 완성된 값이어야 한다. 실패 경로가 이 field를 이전 값으로 되돌리거나 객체 전체를 폐기하는지도 확인한다.

180if (!t->stack) {

!t->stack를 검사해 진행 여부를 가른다. 거짓 경로와 참 경로 중 어느 쪽이 'run queue에 들어가기 전 thread의 stack, entry, priority와 architecture context가 모두 유효해야 한다' 조건을 보존하는지 다음 return 또는 goto까지 따라간다.

181if (flags & THREAD_FLAG_FREE_STRUCT)

flags & THREAD_FLAG_FREE_STRUCT를 검사해 진행 여부를 가른다. 거짓 경로와 참 경로 중 어느 쪽이 'run queue에 들어가기 전 thread의 stack, entry, priority와 architecture context가 모두 유효해야 한다' 조건을 보존하는지 다음 return 또는 goto까지 따라간다.

182free(t);

free(t)를 호출한다. 반환 결과는 현재 줄 또는 다음 return NULL;에서 검사되는 흐름이다. pointer 인자는 thread_t / kernel stack의 소유권을 넘기는지 호출 동안만 빌리는지 구분하고, 호출 뒤 공개되는 상태를 run queue links 항목과 대조한다.

183return NULL;

NULL를 호출자에게 반환한다. caller가 이 값을 검사한 뒤 부분 초기화된 thread_t / kernel stack를 정리하거나 다음 단계로 진행하는지 확인한다.

184}

현재 block, initializer 또는 호출의 경계를 닫는다. 이 지점까지 획득한 resource가 성공 경로와 실패 경로에서 대칭인지 점검한다.

185flags |= THREAD_FLAG_FREE_STACK;

flags에 THREAD_FLAG_FREE_STACK를 |= 연산으로 반영해 현재 scope의 계산 결과를 저장한다. 이후 suspended thread 단계가 이 값을 처음 소비하는 지점을 찾는다. 실패 경로가 이 field를 이전 값으로 되돌리거나 객체 전체를 폐기하는지도 확인한다.

186#if THREAD_STACK_BOUNDS_CHECK

187memset(t->stack, STACK_DEBUG_BYTE, THREAD_STACK_PADDING_SIZE);

memset(t->stack, STACK_DEBUG_BYTE, THREAD_STACK_PADDING_SIZE)를 호출한다. 반환값을 직접 사용하지 않으므로 이 함수가 실패를 내부 처리하는지 확인해야 한다. pointer 인자는 thread_t / kernel stack의 소유권을 넘기는지 호출 동안만 빌리는지 구분하고, 호출 뒤 공개되는 상태를 run queue links 항목과 대조한다.

188#endif

189} else {

원본 189번 줄의 } else {는 앞의 #endif 결과를 받아 다음 t->stack = stack;로 넘기는 중간 연산이다. 이 줄이 바꾸는 register·field·list link를 찾고, 변경 뒤에도 'run queue에 들어가기 전 thread의 stack, entry, priority와 architecture context가 모두 유효해야 한다' 조건이 유지되는지 확인한다.

190t->stack = stack;

t->stack에 stack를 = 연산으로 반영해 thread_t / kernel stack와 연결된 field를 갱신한다. 이후 suspended thread 단계가 이 값을 처음 소비하는 지점을 찾는다. 실패 경로가 이 field를 이전 값으로 되돌리거나 객체 전체를 폐기하는지도 확인한다.

191}

현재 block, initializer 또는 호출의 경계를 닫는다. 이 지점까지 획득한 resource가 성공 경로와 실패 경로에서 대칭인지 점검한다.

192#if THREAD_STACK_HIGHWATER

193if (flags & THREAD_FLAG_DEBUG_STACK_BOUNDS_CHECK) {

flags & THREAD_FLAG_DEBUG_STACK_BOUNDS_CHECK를 검사해 진행 여부를 가른다. 거짓 경로와 참 경로 중 어느 쪽이 'run queue에 들어가기 전 thread의 stack, entry, priority와 architecture context가 모두 유효해야 한다' 조건을 보존하는지 다음 return 또는 goto까지 따라간다.

194memset(t->stack + THREAD_STACK_PADDING_SIZE, STACK_DEBUG_BYTE,

memset(인자 없음)를 호출한다. 반환값을 직접 사용하지 않으므로 이 함수가 실패를 내부 처리하는지 확인해야 한다. pointer 인자는 thread_t / kernel stack의 소유권을 넘기는지 호출 동안만 빌리는지 구분하고, 호출 뒤 공개되는 상태를 run queue links 항목과 대조한다.

195stack_size - THREAD_STACK_PADDING_SIZE);

원본 195번 줄의 stack_size - THREAD_STACK_PADDING_SIZE);는 앞의 memset(t->stack + THREAD_STACK_PADDING_SIZE, STACK_DEBUG_BYTE, 결과를 받아 다음 } else {로 넘기는 중간 연산이다. 이 줄이 바꾸는 register·field·list link를 찾고, 변경 뒤에도 'run queue에 들어가기 전 thread의 stack, entry, priority와 architecture context가 모두 유효해야 한다' 조건이 유지되는지 확인한다.

196} else {

원본 196번 줄의 } else {는 앞의 stack_size - THREAD_STACK_PADDING_SIZE); 결과를 받아 다음 memset(t->stack, STACK_DEBUG_BYTE, stack_size);로 넘기는 중간 연산이다. 이 줄이 바꾸는 register·field·list link를 찾고, 변경 뒤에도 'run queue에 들어가기 전 thread의 stack, entry, priority와 architecture context가 모두 유효해야 한다' 조건이 유지되는지 확인한다.

197memset(t->stack, STACK_DEBUG_BYTE, stack_size);

memset(t->stack, STACK_DEBUG_BYTE, stack_size)를 호출한다. 반환값을 직접 사용하지 않으므로 이 함수가 실패를 내부 처리하는지 확인해야 한다. pointer 인자는 thread_t / kernel stack의 소유권을 넘기는지 호출 동안만 빌리는지 구분하고, 호출 뒤 공개되는 상태를 run queue links 항목과 대조한다.

198}

현재 block, initializer 또는 호출의 경계를 닫는다. 이 지점까지 획득한 resource가 성공 경로와 실패 경로에서 대칭인지 점검한다.

199#endif

200(빈 줄)

#endif까지의 동작과 t->stack_size = stack_size;에서 시작하는 동작을 나누는 빈 줄이다. 앞 블록이 만든 run queue links 상태가 아래 블록의 입력으로 사용되는 경계다.

201t->stack_size = stack_size;

t->stack_size에 stack_size를 = 연산으로 반영해 thread_t / kernel stack와 연결된 field를 갱신한다. 주소·크기 값이면 단위와 정렬, 덧셈 overflow를 함께 검산한다. 이후 suspended thread 단계가 이 값을 처음 소비하는 지점을 찾는다. 실패 경로가 이 field를 이전 값으로 되돌리거나 객체 전체를 폐기하는지도 확인한다.

202(빈 줄)

t->stack_size = stack_size;까지의 동작과 /* save whether or not we need to free the thread struct and/or stack */에서 시작하는 동작을 나누는 빈 줄이다. 앞 블록이 만든 run queue links 상태가 아래 블록의 입력으로 사용되는 경계다.

203/* save whether or not we need to free the thread struct and/or stack */

원본 주석이 'save whether or not we need to free the thread struct and/or stack'라고 기록한 줄이다. 바로 아래 구현이 이 전제와 같은 순서·단위를 사용하는지 대조한다.

204t->flags = flags;

t->flags에 flags를 = 연산으로 반영해 thread_t / kernel stack와 연결된 field를 갱신한다. 이후 suspended thread 단계가 이 값을 처음 소비하는 지점을 찾는다. 실패 경로가 이 field를 이전 값으로 되돌리거나 객체 전체를 폐기하는지도 확인한다.

205(빈 줄)

t->flags = flags;까지의 동작과 /* inherit thread local storage from the parent */에서 시작하는 동작을 나누는 빈 줄이다. 앞 블록이 만든 run queue links 상태가 아래 블록의 입력으로 사용되는 경계다.

206/* inherit thread local storage from the parent */

원본 주석이 'inherit thread local storage from the parent'라고 기록한 줄이다. 바로 아래 구현이 이 전제와 같은 순서·단위를 사용하는지 대조한다.

207thread_t *current_thread = get_current_thread();

thread_t *current_thread에 get_current_thread()를 = 연산으로 반영해 현재 scope의 계산 결과를 저장한다. 이후 suspended thread 단계가 이 값을 처음 소비하는 지점을 찾는다. 실패 경로가 이 field를 이전 값으로 되돌리거나 객체 전체를 폐기하는지도 확인한다.

208int i;

int i를 선언한다. 함수 안 선언이면 현재 stack frame, file scope와 static이면 image의 data/BSS에 놓인다. 이 값이 thread_t / kernel stack를 직접 소유하는지 pointer만 빌리는지, 부트 CPU의 동기 실행 문맥를 벗어난 뒤에도 참조되는지 다음 대입과 callback 등록까지 따라간다.

209for (i=0; i < MAX_TLS_ENTRY; i++)

'for (i=0; i < MAX_TLS_ENTRY; i++)'가 목록이나 후보를 순회한다. 반복 중 thread_t / kernel stack를 제거·추가하는 호출이 있는지와 loop 종료 뒤 iterator가 유효한지 확인한다.

210t->tls[i] = current_thread->tls[i];

t->tls[i]에 current_thread->tls[i]를 = 연산으로 반영해 thread_t / kernel stack와 연결된 field를 갱신한다. 이후 suspended thread 단계가 이 값을 처음 소비하는 지점을 찾는다. 실패 경로가 이 field를 이전 값으로 되돌리거나 객체 전체를 폐기하는지도 확인한다.

DETAILS

내부 동작을 더 깊게 읽기

진입 조건을 먼저 고정한다

caller에서 들어온 실행은 부트 CPU의 동기 실행 문맥에 놓여 있다. 이때 interrupt, MMU/cache, stack, heap 중 무엇이 이미 준비되었는지 소스의 호출자까지 올라가 확인한다. 같은 함수라도 SPL, relocation 전후, app thread처럼 호출 문맥이 달라지면 허용되는 API와 지연 시간이 달라진다.

thread object와 stack을 누가 할당했는지에 따라 종료 시 free 경로가 달라진다. 초기 상태가 suspended인 이유도 resume과 분리해 본다.

중심 객체의 생성과 공개를 나눈다

이 글의 중심 객체는 thread_t / kernel stack다. 메모리를 확보한 시점, 필드를 채운 시점, 전역 list나 다른 subsystem에 공개한 시점을 구분한다. 공개 뒤 오류가 발생한다면 목록에서 제거하고 child, buffer, reference를 역순으로 정리하는지 확인한다.

빌드 산출물 관점에서는 최종 부트로더 이미지 안에 해당 symbol과 section이 실제로 포함되었는지도 map과 objdump로 검증한다.

주소, 크기와 정렬을 계산한다

부트 코드의 오류는 논리보다 주소 계산에서 먼저 드러나는 경우가 많다. source range, destination range, header가 말하는 payload size, block 또는 page 단위를 표로 적고 각 구간의 끝 주소를 직접 계산한다. 끝 주소는 start + size - 1인지 exclusive end인지 API 계약을 확인한다.

run queue에 들어가기 전 thread의 stack, entry, priority와 architecture context가 모두 유효해야 한다.

성공 flag와 실제 완료 시점을 맞춘다

allocate thread_t → allocate stack → arch_thread_initialize 구간에서는 부분 초기화 상태가 생길 수 있다. flag, list insertion, callback 등록, storage write 완료 중 무엇이 성공의 기준인지 찾는다. hardware write나 DMA가 포함되면 함수 반환과 장치 완료가 같은 시점인지도 확인한다.

다른 CPU, interrupt handler, USB completion 또는 shell command가 상태를 관찰할 수 있다면 memory ordering과 lock 범위도 함께 읽는다.

마지막 handoff의 계약을 적는다

정상 경로는 suspended thread에서 끝난다. 이 단계가 함수 반환인지, scheduler 전환인지, 다른 image로의 비복귀 분기인지 구분한다. 비복귀 handoff라면 cache clean/invalidate, interrupt disable, 장치 quiesce, argument register와 FDT 또는 image address가 최종 점검 항목이다.

반환하는 경로라면 caller가 오류와 부분 성공을 구분하고 다음 후보 또는 복구 경로를 선택하는지 확인한다.

IMPLEMENTATION NOTES

구현을 읽을 때 놓치기 쉬운 부분

thread 객체와 kernel stack은 별도 수명을 가진다

thread control block은 이름, priority, state, wait queue link와 stack 정보를 가진다. allocator가 둘을 따로 확보하는지 embedded stack을 쓰는지에 따라 생성 실패와 destroy 정리 순서가 달라진다.

생성 직후 thread는 runnable이 아닐 수 있으며 resume 전까지 caller가 인자와 entry가 참조하는 객체의 수명을 보장해야 한다.

초기 context frame이 첫 return을 가장한다

architecture code는 새 stack에 callee-saved register, entry trampoline과 argument를 배치해 scheduler restore가 함수 호출처럼 보이게 만든다. frame layout과 context switch assembly가 같은 구조 정의를 사용하는지 offset을 대조한다.

stack top alignment와 guard 영역, exception frame이 추가될 최악 깊이를 함께 계산한다.

detach, join과 exit는 소유권 정책이다

thread가 종료되어도 누군가 join하거나 reference를 놓을 때까지 object와 stack이 남을 수 있다. detached thread는 누가 최종 free를 수행하는지, exit path가 run queue와 wait queue에서 먼저 제거하는지 확인한다.

반복 생성·종료 실험에서 free heap과 thread list를 비교해 leak와 stale link를 찾는다.

OBJECT LIFETIME

객체와 수명

대상	만들어지는 시점	유효 범위	확인할 조건
`thread_t / kernel stack`	allocate thread_t	suspended thread 또는 오류 정리 완료까지	run queue에 들어가기 전 thread의 stack, entry, priority와 architecture context가 모두 유효해야 한다.
입력 buffer / metadata	caller	parse와 검증이 끝날 때까지	길이, 정렬, 소유권, 변조 가능성
등록된 list / descriptor	allocate stack	subsystem 종료 또는 image handoff까지	이중 등록, dangling pointer, 오류 unwind
hardware 또는 persistent state	실제 write/probe가 완료된 뒤	reset 또는 명시적 해제·갱신까지	flush, timeout, 전원 차단, rollback
`최종 부트로더 이미지`	link/image 생성 시점	다음 stage가 새 image로 교체할 때까지	load address, entry, section과 header 일치

FAILURE PATH

실패 지점과 증상

#	조건	관찰되는 증상	먼저 볼 단계
01	stack size 부족	context/지역 변수 충돌	allocate thread_t
02	ownership flag 오류	static stack free	allocate stack
03	priority 범위 오류	run queue 손상	arch_thread_initialize

로그가 끊긴 마지막 함수만 고치지 않는다. 그 함수가 받은 주소, size, flag가 만들어진 앞 단계까지 올라가고, 오류 뒤 등록 객체와 hardware 상태가 남았는지도 확인한다.

EVIDENCE

소스 밖에서 확인할 증거

소스 해석은 실제 빌드 산출물과 target 로그로 닫아야 한다. 아래 명령의 보드 이름과 toolchain prefix는 사용 중인 빌드 환경에 맞게 바꾼다.

#	목적	명령 또는 계측	판정 기준
01	빌드 구성	`make <project> -j1`	platform, target, app 선택과 linker 입력을 로그로 남긴다.
02	symbol과 주소	`nm -n build-/lk.elf \| grep 'thread_t thread_create_etc'`	init hook, app descriptor와 함수가 어느 주소에 놓였는지 확인한다.
03	어셈블리 대조	`objdump -drS build-*/lk.elf`	thread 전환과 interrupt disable 구간의 실제 명령을 확인한다.
04	초기화 순서	`init level 전후에 current_time_hires()와 함수 이름 기록`	level 내부 순서와 지연을 serial log로 남긴다.
05	문맥 확인	`current_thread, interrupt state, stack pointer 기록`	함수가 bootstrap thread인지 scheduler 이후 thread인지 구분한다.

LAB

직접 확인할 실험

01
thread dump에서 stack base/size 확인
allocate thread_t 진입 전후에 thread object의 주소·크기·반환값과 timestamp를 함께 남긴다. 결과는 정상 부팅 여부로 끝내지 말고 run queue에 들어가기 전 thread의 stack, entry, priority와 architecture context가 모두 유효해야 한다. 조건이 처음 깨지는 줄을 기록한다.
02
작은 stack으로 overflow guard 동작 확인
allocate stack 진입 전후에 stack allocation의 주소·크기·반환값과 timestamp를 함께 남긴다. 결과는 정상 부팅 여부로 끝내지 말고 run queue에 들어가기 전 thread의 stack, entry, priority와 architecture context가 모두 유효해야 한다. 조건이 처음 깨지는 줄을 기록한다.
03
create와 resume 사이 상태 flag 기록
arch_thread_initialize 진입 전후에 saved context의 주소·크기·반환값과 timestamp를 함께 남긴다. 결과는 정상 부팅 여부로 끝내지 말고 run queue에 들어가기 전 thread의 stack, entry, priority와 architecture context가 모두 유효해야 한다. 조건이 처음 깨지는 줄을 기록한다.

PRIMARY REFERENCES

원문과 다음 글

kernel/thread.cupstream 1eb9917 원본 파일 LK source tree기준 commit 1eb99171efae