Linux内核分析课程-- 理解进程调度时机跟踪分析进程调度与进程切换的过程

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1、课上总结

（1）进程的第一种分类：不同类型的进程有不同的调度需求（如有i/o密集型和cpu密集型)。

（2）进程的第二种分类：批处理进程、实时进程、交互式进程。

（3）调度策略：是一组规则，决定什么时候以什么样的方式选择一个新进程运行。

（4）Linux的进程根据优先级排队，优先级是动态的。

（5） schedule函数实现进程调度，在运行队列中找到一个进程把cpu分配给它，调用方法：直接调用schedule（）和松散调用，调用方法的选择根据need_resched标记。

（6）进程调度时机：1、中断处理过程（时钟中断、I/O中断、系统调用和异常）中，直接调用schedule（）或者返回用户态时松散调用。2、内核线程可以直接调用schedule（）进行切换，也可以在中断处理过程中进行调度。3、用户态进程无法实现主动调度，只能在中断处理过程中进行调度。

（7）挂起正在cpu上执行的进程，与中断时保存现场时不同的，中断前后是在同一个进程上线文中，只是由用户态转向内核态执行。

（8）进程上下文包含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。

（9）Linux系统的一般执行过程

 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

 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；

  ch_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

2、实验内容

和前几次实验一样首先使用老师提供的menuOS，使用gdb跟踪schedule（）代码如下：

下面具体分析一下switch_to得代码：

简单提一下这个宏和函数的被调用关系：

schedule() --> context_switch() --> switch_to --> __switch_to()

这里面，schedule是主调度函数，涉及到一些调度算法，这里不讨论。当schedule()需要暂停A进程的执行而继续B进程的执行时，就发生了进程之间的切换。进程切换主要有两部分：1、切换全局页表项；2、切换内核堆栈和硬件上下文。这个切换工作由context_switch()完成。其中switch_to和__switch_to()主要完成第二部分。更详细的，__switch_to()主要完成硬件上下文切换，switch_to主要完成内核堆栈切换。

阅读switch_to时请注意：这是一个宏，不是函数，它的参数prev, next, last不是值拷贝，而是它的调用者context_switch()的局部变量。局部变量是通过%ebp寄存器来索引的，也就是通过n(%ebp)，n是编译时决定的，在不同的进程的同一段代码中，同一局部变量的n是相同的。在switch_to中，发生了堆栈的切换，即ebp发生了改变，所以要格外留意在任一时刻的局部变量属于哪一个进程。关于__switch_to()这个函数的调用，并不是通过普通的call来实现，而是直接jmp，函数参数也并不是通过堆栈来传递，而是通过寄存器来传递。