第八周 进程的切换和系统的通常执行过程

第八周 进程的切换和系统的通常执行过程

【黎静 原创做品转载请注明出处 《Linux内核分析》MOOC课程http://mooc.study.163.com/course/USTC-1000029000】

1、进程切换关键代码switch_to

1.不一样类型进程有不一样调度需求——两种分类

进程分类

分类1

1. I/O-bound：等待I/O

2. CPU-bound：大量占用CPU进行计算

分类2

1. 交互式进程（shell）

2. 实时进程

3. 批处理进程

进程调度策略

• 一组决定什么时候以何种方式选择进程的规则

• Linux的调度基于分时和优先级策略：

  • 进程根据优先级（系统根据特定算法计算出来）排队；

  • 这个优先级的值表示如何适当分配CPU；

  • 调度程序会根据进程的运行周期动态调整优先级；

  • 好比nice等系统调用，能够手动调整优先级

• 调度策略本质上是一种算法，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，选择的过程当中运用了不一样的策略而已

• 内核中的调度算法相关代码使用了相似OOD中的策略模式

进程上下文包含了进程执行须要的全部信息

• 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（与中断保存硬件上下文的方法不一样）

代码

• switch_to完成寄存器的切换：先保存当前进程的寄存器，再进行堆栈切换（下图第4四、45行）自此后全部的压栈都是在新进程的堆栈中了，再切换eip，这样当前进程能够重新进程中恢复，还有其余必要的切换
• next_ip通常是$1f（对于新建立的进程来讲就是ret_from_fork）
• jmp __switch_to是函数调用，经过寄存器传递参数；函数执行结束return的时候从下一条指令开始（也就是认为是新进程的开始）

2、Linux系统的通常执行过程

1.从正在运行的用户态进程X到Y

X正在运行--->发生中断，可能陷入内核，CPU自动保存加载--->SAVE_ALL保存现场--->调用schedule，switch_to进程上下文切换--->标号1以后运行Y（以前有进行准备动做）--->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

2.特殊状况

经过中断处理过程当中的调度时机，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，与最通常的状况很是相似，只是内核线程运行过程当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，与最通常的状况略简略；

建立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状况，如execve；

• 内核地址空间的4G中3G以上是内核态能够访问的——是全部进程共享的。
• 涉及中断、终端控制台设备驱动的概念。

3.内核——Taxi

3、Linux系统架构和执行过程

1.执行ls命令

过程：

shell分析-->调用系统调用fork生成一个shell自己拷贝-->调用exec系统调用将ls可执行文件装入内存-->从系统调用返回

4、实践

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，context_switch是一个宏，这个宏调用switch_to()函数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

 

1. 在schedule处设置断点，点击c运行。【能够看到此时被冻结的内核开始运行直到schedule处】
2. list查看断点所在代码段。能够与上图对照，发现第2804行即schedule()函数
3. c以后按n单步执行，直到遇到__schedule函数，进入其中查看

4. 继续执行，直到发现context_switch函数

5. 设置断点后，设法进入其内部查看