进程调度
来源:互联网 发布:华莱士采访江 知乎 编辑:程序博客网 时间:2024/06/05 15:57
进程调度的时机
何时发生进程调度呢?这与引起进程调度的原因以及进程调度的方式有关。
1. 正在执行的进程执行完毕。这是显然的,任务执行完了当然要调度
2. 正在执行的进程因资源得不到满足而进入睡眠等状态。
3. 执行中进程提出I/O请求后被阻塞。
4. 系统分配的时间片已经用完。
5. 在执行完系统调用返回用户进程时,可调度选择一新的用户进程执行。
6. 有高优先级的任务就绪。
在linux系统中,
- 中断处理过程(包括时钟中断、I/O中断、系统调用和异常)中,直接调用schedule(),或者返回用户态时根据need_resched标记调用schedule();
- 内核线程可以直接调用schedule()进行进程切换,也可以在中断处理过程中进行调度,也就是说内核线程作为一类的特殊的进程可以主动调度,也可以被动调度;
- 用户态进程无法实现主动调度,仅能通过陷入内核态后的某个时机点进行调度,即在中断处理过程中进行调度。
进程上下文的切换
进程切换的步骤
1. 保存处理器的上下文,包括程序计数器和其它寄存器
2. 用新状态和其它相关信息更新正在运行进程的TCB
3. 把原来的进程移至合适的队列(就绪、阻塞)
4. 选择另一个要执行的进程
5. 更新被选中进程的PCB(包括将进程的状态变为运行态)
6. 从被选中进程中重装入
需要注意的是,挂起正在CPU上执行的进程,与中断时保存现场是不同的,中断前后是在同一个进程上下文中,只是由用户态转向内核态执行;
进程上下文包含了进程执行需要的所有信息
- 用户地址空间:包括程序代码,数据,用户堆栈等
- 控制信息:进程描述符,内核堆栈等
- 硬件上下文(注意中断也要保存硬件上下文只是保存的方法不同)
linux内核的切换函数
schedule()函数选择一个新的进程来运行,并调用context_switch进行上下文的切换,这个宏调用switch_to来进行关键上下文切换
next = pick_next_task(rq, prev);//进程调度算法都封装这个函数内部context_switch(rq, prev, next);//进程上下文切换switch_to利用了prev和next两个参数:prev指向当前进程,next指向被调度的进程
内核代码
static void __sched __schedule(void){ struct task_struct *prev, *next; unsigned long *switch_count; struct rq *rq; int cpu;need_resched: preempt_disable(); cpu = smp_processor_id(); rq = cpu_rq(cpu); rcu_note_context_switch(cpu); prev = rq->curr; schedule_debug(prev); if (sched_feat(HRTICK)) hrtick_clear(rq); smp_mb__before_spinlock(); raw_spin_lock_irq(&rq->lock); switch_count = &prev->nivcsw; if (prev->state && !(preempt_count() & PREEMPT_ACTIVE)) { if (unlikely(signal_pending_state(prev->state, prev))) { prev->state = TASK_RUNNING; } else { deactivate_task(rq, prev, DEQUEUE_SLEEP); prev->on_rq = 0; if (prev->flags & PF_WQ_WORKER) { struct task_struct *to_wakeup; to_wakeup = wq_worker_sleeping(prev, cpu); if (to_wakeup) try_to_wake_up_local(to_wakeup); } } switch_count = &prev->nvcsw; } if (task_on_rq_queued(prev) || rq->skip_clock_update < 0) update_rq_clock(rq); next = pick_next_task(rq, prev); clear_tsk_need_resched(prev); clear_preempt_need_resched(); rq->skip_clock_update = 0; if (likely(prev != next)) { rq->nr_switches++; rq->curr = next; ++*switch_count; context_switch(rq, prev, next); /* unlocks the rq */ cpu = smp_processor_id(); rq = cpu_rq(cpu); } else raw_spin_unlock_irq(&rq->lock); post_schedule(rq); sched_preempt_enable_no_resched(); if (need_resched()) goto need_resched;}
主要做以下的处理
1. 针对抢占的处理
3. 检查prev的状态,并且重设state的状态
4. next = pick_next_task();//函数内部主要是进程调度算法
5. 更新就绪队列
6、context_switch(); //内部调用了switch_to(),其内部是汇编代码,进程上下文的切换
总结
总结
最一般的情况:正在运行的用户态进程X切换到运行用户态进程Y的过程
- 正在运行的用户态进程X
- 发生中断——save cs:eip/esp/eflags(current) to kernel stack,then load cs:eip(entry of a specific ISR) and ss:esp(point to kernel stack).
- SAVE_ALL //保存现场
- 中断处理过程中或中断返回前调用了schedule(),其中的switch_to做了关键的进程上下文切换
- 标号1之后开始运行用户态进程Y(这里Y曾经通过以上步骤被切换出去过因此可以从标号1继续执行)
- restore_all //恢复现场
- iret - pop cs:eip/ss:esp/eflags from kernel stack
- 继续运行用户态进程Y
几种特殊情况
- 通过中断处理过程中的调度时机,用户态进程与内核线程之间互相切换和内核线程之间互相切换,与最一般的情况非常类似,只是内核线程运行过程中发生中断没有进程用户态和内核态的转换;
= 内核线程主动调用schedule(),只有进程上下文的切换,没有发生中断上下文的切换,比最一般的情况略简略; - 创建子进程的系统调用在子进程中的执行起点及返回用户态,如fork;
- 加载一个新的可执行程序后返回到用户态的情况,如execve;
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