Linux2.6进程切换

来源：互联网发布：知乎大野智编辑：程序博客网时间：2024/05/16 07:52

在写进程切换前，必须先补充几个重要的知识点：

Linux2.6在80x86的分段：运行在用户态的所有linux进程都使用一对相同的段来对指令数据寻址，即用户代码段和用户数据段。同样，运行在内核态的进程都使用内核代码段和内核数据段。每个段都有相应的段选择符及对应的段寄存器，这里不在赘述。我要讲的是与进程切换有关的一个段寄存器：栈段寄存器ss。当CPL（当前特权值）为3时，它必须指向用户数据数据段的用户栈，当CPL为0时，它必须指向内核数据段中的一个内核栈。当从用户态切换到内核态时，Linux总是确保ss寄存器装有内核数据段的段选择符。

进程切换只发生在内核态。在执行进程切换之前，用户态进程所使用的所有寄存器内容都以保存到内核态堆栈上（包括用户态的ss和esp寄存器的值）。CPU从用户态切换到内核态它需要获得内核态堆栈的地址esp0，内核态堆栈的地址esp0存放在TSS（任务状态段），《深入理解Linux内核》的404页介绍了如何获得TTS的esp0字段的值，获得esp0的值后将其装入esp寄存器，TTS中esp0的值由__switch_to()函数进行赋值（《深入理解Linux内核》112页）。进程再开始保存用户态进程所使用的所有寄存器内容，当然esp寄存器的值也会随着压栈而减小。在后面介绍的switch_to宏的第三步中该值最后会被保存到prev->thread.esp中。

在这里注意区分thread->esp和thread->esp0，esp0始终指向进程内核栈为空时的栈顶，而esp随着push和pop指令而改变。

进程切换由两部分组成：

1、切换也全局目录以安装一个新的地址空间，本文对此不做介绍

2、切换内核堆栈和硬件上下文。主要又switch_to宏完成，其中switch_to宏中调用的__switch_to()函数完成硬件上下文的切换

现在开始介绍进程切换的重点switch_to宏

#define switch_to(prev, next, last)

do { \

/* \

* Context-switching clobbers all registers, so we clobber \

* them explicitly, via unused output variables. \

* (EAX and EBP is not listed because EBP is saved/restored \

* explicitly for wchan access and EAX is the return value of \

* __switch_to()) \

*/ \

unsigned long ebx, ecx, edx, esi, edi; \

asm volatile("pushfl\n\t" /* save flags */ \

"pushl %%ebp\n\t" /* save EBP */ \

"movl %%esp,%[prev_sp]\n\t" /* save ESP */ \

"movl %[next_sp],%%esp\n\t" /* restore ESP */ \

"movl $1f,%[prev_ip]\n\t" /* save EIP */ \

"pushl %[next_ip]\n\t" /* restore EIP */ \

"jmp __switch_to\n" /* regparm call */ \

"1:\t" \

"popl %%ebp\n\t" /* restore EBP */ \

"popfl\n" /* restore flags */ \

/* output parameters */ \

: [prev_sp] "=m" (prev->thread.sp), \

[prev_ip] "=m" (prev->thread.ip), \

"=a" (last), \

/* clobbered output registers: */ \

"=b" (ebx), "=c" (ecx), "=d" (edx), \

"=S" (esi), "=D" (edi) \

/* input parameters: */ \

: [next_sp] "m" (next->thread.sp), \

[next_ip] "m" (next->thread.ip), \

/* regparm parameters for __switch_to(): */ \

[prev] "a" (prev), \

[next] "d" (next)); \

} while (0)

其实对于理解switch_to也可以略过源代码：

1、在eax和edx寄存器中分别保存prev和next的值

2、把efkags和ebp寄存器的内容保存在prev的内核栈中。（相应的esp寄存器的值也会减小，只要是由push或者POP操作就一定会改变esp寄存器的值，不管esp指向那个进程的内核堆栈段）

3、把esp（指向prev内核堆栈地址）保存到prev->thread.esp中。

4、把next->thread.esp的值装入esp。此时，内核开始在next的内核栈上操作。

5、把标记为1的地址存入prev->thread.eip。当被替换的进程从新恢复执行时，进程执行被标记为1的那条指令。

6、宏把next->thread.eip的值压入next的内核栈

7、跳到__switch_to()函数

8、这里被进程B替换的进程A再次获得CPU（我对这句话的理解是先前一直是调度程序在占有CPU，切换还未完成，A从新获得CPU）：它执行一些保存（英文原文单词为restore）eflags和ebp寄存器内容的指令。（我觉得restore翻译成恢复更好，因为此时pop指令弹出的值是B进程被其他进程替换出去时保存的自己的eflags和ebp值）。

9、拷贝eax寄存器的内容到switch_to宏的第三个参数last标示的内存区域中

看不懂，那看图

switch_to之前

切换堆栈之前

切换堆栈之后

push和Jump操作之后

_switch_to汇编返回

switch_to完成

更进一步的进程切换知识，如为什么要有prev.next和last三个参数、__switch_to()函数所做的工作可以参考文章http://blog.csdn.net/yunsongice/article/details/8547107

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