2019-2020-1 20199306《Linux内核原理与分析》第九周作业

进程的切换和系统的一般执行过程

进程调度的时机

•ntel定义的中断类型

• 硬中断：CPU的两根引脚（可屏蔽中断和不可屏蔽中断）。若是高电平，则有中断请求。
• 软中断：包括零错误、系统调用、调试断点等，在CPU执行指令过程中发生的各种特殊情况，也称为异常。异常可以分为3种：故障、退出、陷阱。

•进程调度时机

• linux内核通过schedule函数实现进程调度，schedule函数在运行队列中找到一个进程。把CPU分配给他。每调用一次schedule函数就实现一次进程调度，调用schedule函数就是进程调度的时机。调用schedule函数： ◦进程主动调用:进程调用阻塞的系统调用等待外设或主动睡眠，最终会在内核中调用到schedule函数。
• 松散调用:内核代码中可以随时调用schedule函数使当前内核路径让出CPU；也会根据need_resched标记做进程调度，内核检测到need_resched决定是否调用schedule函数。

•进程调度时机情况
-用户进程通过特定的系统调用主动让出CPU；

• 中断处理程序在内核返回用户态时进行调度；
• 内核线程主动调用schedule函数让出CPU；
• 中断处理程序主动调用schedule函数让出CPU（包括以上两点）。

CPU在任何时刻都处于以下3种情况之一：

• 运行于用户空间，执行用户进程上下文。
• 运行于内核空间，处于进程上下文。
• 运行于内核空间，处于中断上下文。

调度策略与算法

•调度策略要考虑这个算法的整体目标，是追求资源利用率最高还是追求响应最及时，或是其他的一些目标，然后找到对应的方法或机制作为对策，这就是调度策略。

•CFS即为完全公平调度算法，其基本原理是基于权重的动态优先级调度算法。每个进程使用CPU的顺序由进程已使用的CPU虚拟时间（vruntime）决定,已使用的虚拟时间越少，进程排序越靠前，进程在此被调度执行的概率也就越高。

进程上下文切换

•为了控制进程的执行，内核必须有能力挂起正在CPU中运行的进程，并恢复执行以前挂起的进程，这个行为称为进程切换。
•进程上下文包含了进程执行的所有信息：

• 用户地址空间：进程代码、数据和用户堆栈等
• 控制信息：进程描述符、内核堆栈
• 硬件上下文：存储相关寄存器的值

•实际代码中进程切换由两个步骤组成:

• 切换页全局目录（RC3）以安装一个新的地址空间，这样不同的虚拟地址经过不同的页表转为不同的物理地址。
• 切换内核态堆栈和硬件上下文

实验

本次实验是使用gdb跟踪分析schedule函数，总共设置了4个断点，schedule,context_switch,switch_to,pick_next_task.大致逻辑是，要发生进程调度时，首先会调用schedule函数，而schedule函数里有一个pick_next_task函数，字面意思是选择下一个进程，该函数负责根据调度策略和调度算法选择下一个进程，而context_switch函数也属于schedule函数，该函数用于实现进程切换，switch_to则属于context_switch函数，进行进程关键上下文切换。

cd LinuxKernel
rm menu -rf
git clone https://github.com/mengning/menu.git
cd menu
ls
make rootfs

cd..
qemu -kernel linux-3.18.6/arch/x86/boot/bzImage -initrd rootfs.img -S -s

gdb
file linux-3.18.6/vmlinux
target remote:1234
b schedule
b context_switch
b __switch_to
b pick_next_task