Linux内核分析（八）之调兵遣将

一、进程的分类

在Linux系统中，根据进程的特点，可以把进程分为3大类：交互进程、批处理进程、守护进程。

1. 交互进程是由shell启动的进程，它既可以在前台运行，也可以在后台运行。交互进程在执行过程中，交互进程在知性过程中，要求与用户进行交互操作。简单来说，就是用户需要给出某些参数或者信息，进程才能继续执行。
2. 批处理进程与windows原来的批处理很类似，是一个进程序列。该进程负责按照顺序启动其它进程。
3. 守护进程是执行特定功能或者执行系统相关任务的后台进程。守护进程只是一个特殊的进程，不是内核的组成部分。许多守护进程在系统启动时启动，直到系统关闭时才停止运行。而某些守护进程只是在需要时才会启动，比如FTP或者Apache服务等，可以在需要的时候才启动该服务。

进程的调度涉及到大量进程调度算法，这些算法从实现的角度看仅仅是从运行队列中选择一个新进程，选择的过程中运用了不同的策略而已。但对于理解操作系统的工作机制，反而是进程的调度时机与进程的切换机制更为关键。

二、进程调度的时机

• 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。
  进程的调度无论如何都绕不开schedule函数。那么它是如何执行的呢？下图展现了调度函数的执行流。

三、实验与分析

实验目的：使用gdb跟踪分析一个schedule()函数。实验步骤：**获取代码：**rm menu -rf git clone  https://github.com/mengning/menu.git   //克隆新的menucd menu mv test_exce.c test.c vi test.c vi makefile make rootfs **gdb跟踪:**qemu -kernel linux-3.18.6/arch/x86/boot/bzImage -initrd rootfs.img -s –S(gdb)file linux-3.18.6/vmlinux #加载符号表(gdb)target remote:1234 #建立gdb和gdbserver之间的连接**设置断点：**b scheduleb _scheduleb pick_next_taskb context_switchb prepare_task_switchb switch_to

详细代码链接
switch_to：

#define switch_to(prev, next, last)                                       do {                                                                              unsigned long ebx, ecx, edx, esi, edi;                                    asm volatile("pushfl\n\t"                                      "pushl %%ebp\n\t"                               "movl %%esp,%[prev_sp]\n\t"                               "movl %[next_sp],%%esp\n\t"                               "movl $1f,%[prev_ip]\n\t"                        "pushl %[next_ip]\n\t"                        __switch_canary                                                           "jmp __switch_to\n"                              "1:\t"                                                                    "popl %%ebp\n\t"                               "popfl\n"                                         : [prev_sp] "=m" (prev->thread.sp),                                         [prev_ip] "=m" (prev->thread.ip),                                         "=a" (last),                                                              "=b" (ebx), "=c" (ecx), "=d" (edx),                                     "=S" (esi), "=D" (edi)                                                    __switch_canary_oparam                                                  : [next_sp]  "m" (next->thread.sp),                                      [next_ip]  "m" (next->thread.ip),                                       [prev]     "a" (prev),                                                    [next]     "d" (next)                                                     __switch_canary_iparam                                                     "memory");                                        } while (0)

四、总结

最一般情况：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

1. 正在运行的用户态进程X
2. 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).
3. SAVE_ALL //保存现场
4. 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
5. 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)
6. restore_all //恢复现场
7. iret - pop cs:eip/ss:esp/eflags from kernel stack
8. 继续运行用户态进程Y

几种特殊的情况：

• 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，与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；

Linux内核分析

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