Linux内核分析第八周作业

搜索内核代码中schedule函数的位置

以上仅是schedule（）所在的部分位置，但通过其所在模块可以看出，它是与进程调度有关的重要函数。通过查阅相关资料，发现函数schedule()是进程调度的主要入口点。

用gdb跟踪一个schedule函数

设置断点

调度分析

分析switch_to中的汇编代码及其对应的堆栈变化

#define switch_to(prev, next, last)             
do {                                            
    unsigned long ebx, ecx, edx, esi, edi;              
    asm volatile(
             "pushfl\n\t"       //保存标志位（将标志位压栈）
             "pushl %%ebp\n\t"      //保存当前ebp（将当前ebp压栈）
             "movl %%esp,%[prev_sp]\n\t"     //保存当前进程的堆栈栈顶
             "movl %[next_sp],%%esp\n\t"     //将下一个进程的堆栈栈顶放在esp寄存器里面(这两句完成了内核堆栈的切换)
             "movl $1f,%[prev_ip]\n\t"     //保存当前进程的eip
             "pushl %[next_ip]\n\t" //将下一个进程的起点压到堆栈中。
             __switch_canary                    
             "jmp __switch_to\n"     //寄存器传递参数，用eax和edx两个寄存器来传递参数。return pop (下个进程的)$1f(next_ip)，eip切换到新进程的执行起点，新进程开始。
             "1:\t"                     
             "popl %%ebp\n\t"       //弹出(恢复)当前堆栈的ebp
             "popfl\n"          //恢复当前堆栈的寄存器标志位
                                
             /* output parameters */                
             : [prev_sp] "=m" (prev->thread.sp),        //当前内核堆栈的栈顶
               [prev_ip] "=m" (prev->thread.ip),        //当前进程的eip
               "=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),        //下一个进程的内核堆栈的栈顶
               [next_ip]  "m" (next->thread.ip),        //下一个进程的执行起点
                                        
               /* regparm parameters for __switch_to(): */  
                  /*__switch_to用来传递参数的寄存器*/

               [prev]     "a" (prev),                                                        [next]     "d" (next)              
                                    
               __switch_canary_iparam               
                                    
             : /* reloaded segment registers */         
            "memory");                  
} while (0)

堆栈变化分析

进程上下文的切换和中断上下文的切换的关系

对于用户态的进程：

系统先进入中断状态，执行中断上下文的切换，用户态进入内核态，然后执行系统调用，若需切换进程则在内核态进入schedule函数调用switch_to切换进程，完成进程上下文的切换，然后再进行中断上下文的切换，新进程由内核态返回用户态。

流程图如下所示：

对于内核态线程：

内核态线程会主动调用schedule()，只有进程上下文的切换，没有发生中断上下文的切换。

总结

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//中断服务例程的起点) 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)
   restore_all //恢复现场
6. iret - pop cs:eip/ss:esp/eflags from kernel stack
7. 继续运行用户态进程Y

即上文中流程图所示的过程。

参考资料

《Linux内核设计与实现》第三版

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《Linux内核分析》MOOC课程http://mooc.study.163.com/course/USTC-1000029000