理解进程调度时机跟踪分析进程调度与进程切换的过程

实验

准备环境

进行调试

进程上下文切换相关代码分析

#define switch_to(prev, next, last)                   
do {                                 
  /*                             
   * Context-switching clobbers all registers, so we clobber  
   * them explicitly, via unused output variables.     
   * (EAX and EBP is not listed because EBP is saved/restored  
   * explicitly for wchan access and EAX is the return value of   
   * __switch_to())                     
   */                                
  unsigned long ebx, ecx, edx, esi, edi;                
                                  
  asm volatile("pushfl\n\t"      /* save    flags */   
           "pushl %%ebp\n\t"        /* save    EBP   */ 
           "movl %%esp,%[prev_sp]\n\t"  /* save    ESP   */ 
           "movl %[next_sp],%%esp\n\t"  /* restore ESP   */ 
           "movl $1f,%[prev_ip]\n\t"    /* save    EIP   */ 
           "pushl %[next_ip]\n\t"   /* restore EIP   */    
           __switch_canary                   
           "jmp __switch_to\n"  /* regparm call  */ 
           "1:\t"                        
           "popl %%ebp\n\t"     /* restore EBP   */    
           "popfl\n"         /* restore flags */  
                                  
           /* output parameters */                
           : [prev_sp] "=m" (prev->thread.sp),     
             [prev_ip] "=m" (prev->thread.ip),        
             "=a" (last),                 
                                  
             /* clobbered output registers: */     
             "=b" (ebx), "=c" (ecx), "=d" (edx),      
             "=S" (esi), "=D" (edi)             
                                       
             __switch_canary_oparam                
                                  
             /* input parameters: */                
           : [next_sp]  "m" (next->thread.sp),        
             [next_ip]  "m" (next->thread.ip),       
                                       
             /* regparm parameters for __switch_to(): */  
             [prev]     "a" (prev),              
             [next]     "d" (next)               
                                  
             __switch_canary_iparam                
                                  
           : /* reloaded segment registers */           
          "memory");                  
} while (0)

分析switch_to中的汇编代码：
-保存flags
-保存esp
-重置esp
-保存eip
-重置eip
-转跳至__switch_to
-恢复ebp
-恢复flags

为了控制进程的执行，内核必须有能力挂起正在CPU上执行的进程，并恢复以前挂起的某个进程的执行，这叫做进程切换、任务切换、上下文切换；

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）

分析总结

不同类型的进程有不同的调度需求
-I/O-bound
--频繁的进行I/O
--通常会花费很多时间等待I/O操作的完成
-CPU-bound
--计算密集型
--需要大量的CPU时间进行运算
需要不同的算法来使得系统运行更加高效，将CPU资源得到最大限度的使用
-批处理进程batch process
--不必与用户交互，通常在后台运行
--不必很快响应
--典型的批处理程序：编译程序、科学计算
-实时进程real-time process
--有实时需求，不应被低优先级的进程阻塞
--响应时间要短、要稳定
--典型的实时进程：视频、音频、机械控制等
-交互式进程interactive process
--需要经常与用户交互，因此要花很多时间等待用户输入操作
--响应时间要快，平均延迟要低于50~150ms
--典型交互式程序：shell、文本编辑器、图形应用程序等
有不同的需求应用存在，就需要有不同的调度应用策略
调度策略是一组规则，决定什么时候以怎样的方式选择一个新进程运行
linux的调度基于分时和优先级
linux在不同版本更新，调度策略发生了不同的变化
-linux的进程根据优先级排队，根据特定的算法计算出进程的优先级，用一个值表示把进程如何适当的分配给CPU
-linux中进程的优先级是动态的，调度程序会根据进程的行为周期性的调整进程的优先级，较长时间未分配到CPU的进程优先级通常增高，已经在CPU上运行了较长时间的进程通常优先级降低
用来配置优先级的调用
-nice
-getpriority/setpriority
-sched_getscheduler/sched_setscheduler
-sched_getparam/sched_setparam
-sched_yield
-sched_get_priority_min/sched_get_priority_max
-sched_rr_get_interval
调度策略只是一种算法，内核中的调度算法相关代码使用了类似OOD中的策略模式
将调度算法与其他部分解耦合
理解整个系统，在于理解进程调度的时机
schedule函数用于实现调度
-目的：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()；-松散调用，根据need_resched标记
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()；用户态进程只能被动调度
-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；内核线程是只有内核态没有用户态的特殊进程；内核现成可以主动调度可以被动调动
-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。

王潇洋
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