2017-2018-1 20179203 《Linux内核原理与分析》第九周作业

攥写人：李鹏举 学号：20179203
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（ 学习课程：《Linux内核分析》MOOC课程http://mooc.study.163.com/course/USTC-1000029000 ）

一、实验要求：

1.理解Linux系统中进程调度的时机，可以在内核代码中搜索schedule()函数，看都是哪里调用了schedule()，判断我们课程内容中的总结是否准确；
2.使用gdb跟踪分析一个schedule()函数 ，验证您对Linux系统进程调度与进程切换过程的理解；推荐在实验楼Linux虚拟机环境下完成实验；
3.特别关注并仔细分析switch_to中的汇编代码，理解进程上下文的切换机制，以及与中断上下文切换的关系；

二、实验过程：

1、使用gdb跟踪分析schedule()函数，首先开启分布执行内核的指令。
输入指令：qemu –kernel linux-3.18.6/arch/x86/boot/bzImage –initrd rootfs.img –S –s ：

2、然后打开另一个终端输入以下命令：

gdb
(gdb)file linux-3.18.6/vmlinux
(gdb)target remote:1234
(gdb)b schedule
(gdb)c

对schedule的执行过程进行调试跟踪 ；

之后在相应位置设置断点进行观察：

三、实验知识点总结：

进程调度时，首先进入schedule()函数，将一个task_struct结构体的指针tsk赋值为当前进程然后调用sched_submit_work(tsk) 我们进入这个函数，查看一下做了什么工作 我们在执行到sched_submit_work时，输入si进入函数，可以看到这个函数时检测tsk->state是否为0 （runnable）若为运行态时则返回tsk_is_pi_blocked(tsk),检测tsk的死锁检测器是否为空，若非空的话就return。然后检测是否需要刷新plug队列，用来避免死锁sched_submit_work主要是来避免死锁然后我们进入__schedule()函数。
之后我直接打开了一下switch_to.h,和core.c观察switch_to的调用：


我们看到在context_switch中使用switch_to(prev,next,prev)来切换进程。
switch_to是一个宏定义，完成进程从prev到next的切换，首先保存flags，然后保存当前进程的ebp，然后把当前进程的esp保存到prev->thread.sp中，然后把标号1:的地址保存到prev->thread.ip中。然后把next->thread.ip压入堆栈。这里，如果之前B也被switch_to出去过，那么next->thread.ip里存的就是下面这个1f的标号，但如果next进程刚刚被创建，之前没有被switch_to出去过，那next->thread.ip里存的将是ret_ftom_fork__switch_canqry应该是现代操作系统防止栈溢出攻击的金丝雀技术。
jmp __switch_to使用regparm call, 参数不是压入堆栈，而是使用寄存器传值，来调用__switch_to
eax存放prev,edx存放next。这里为什么不用call __switch_to而用jmp，因为call会导致自动把下面这句话的地址(也就是1:)压栈，然后__switch_to()就必然只能ret到这里，而无法根据需要ret到ret_from_fork。当一个进程再次被调度时，会从1:开始执行，把ebp弹出，然后把flags弹出。
本次的实验让我们看到了Linux是如何进行进程调度，又是在何时进行进程调度切换的。我们研究了几个进程调度的函数，并且看到了系统是如何在死锁状况出现时进行处理与恢复的。进程的调度是操作系统运行的重中之重，只有系统调用才能保障操作系统快速的运行多个任务，让多个任务同时进行，这样才能让操作系统的运行有意义，满足用户同时打开多个程序，同时进行多种任务，不会长时间处于等待之中。