“Linux内核分析”实验报告8

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理解进程调度时机跟踪分析进程调度与进程切换的过程

进程调度和进程调度时机的分析：不同类型的进程有不同的调度需求，所以需要不同的算法来满足人的需求和使计算机高效运行。就有了调度策略,Linux根据优先级排队
— schedule ，内核函数，非系统代用，只能使用中断处理过程调用（时钟中断，i/o中断，系统调用和异常），或者返回用户态调用need_reschedule(被动调度)。内核线程可以直接调用schedule，也可以在中断过程中进行调研度，即内核线程作为一类的特殊进程可以主动调度，也可以被动调度。
挂起正在CPU上执行的进程，与中断时候保存现场不同
进程上下文包含了：

1. 用户地址空间：程序代码，数据，用户堆栈等
2. 控制信息：进程描述符，内核堆栈等
3. 硬件上下文
   这是schedule函数,调用context_switch来进行上下文切换，其调用内联汇编switch_to来进行关键上下文切换。
   2824，next = pick_next_task(rq,prev) //进程调度算法
   
   
   其中核心代码switch_to，用于切换prev和next进程

#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"      /* 保存flags*/   \
           "pushl %%ebp\n\t"        /* 将当前ebp压栈 */ \
           "movl %%esp,%[prev_sp]\n\t"  /* 把当前ebp保存到当前进程中(prev->thread.sp)   */ \
           "movl %[next_sp],%%esp\n\t"  /* 把下一个进程的esp的值赋给esp寄存器   */ \
           "movl $1f,%[prev_ip]\n\t"    /* 保存当前进程eip   */ \
           "pushl %[next_ip]\n\t"   /* 把下一个进程的eip压入堆栈   */    \
           __switch_canary                   \
           "jmp __switch_to\n"  /* regparm call  */ \
           "1:\t"                        /* 下一个进程开始执行 */
           "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)

#Linux系统的一般执行过程

最一般情况：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) and ss:esp(point to kernel stack).

SAVE_ALL //保存现场

1. 正在运行的用户态进程X 发生中断——save cs:eip/esp/eflags(current) to kernel
2. stack,then load cs:eip(entry of a specific ISR) and ss:esp(point to
3. kernel stack). 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)
6. restore_all //恢复现场
7. iret - pop cs:eip/ss:esp/eflags from kernel stack 继续运行用户态进程Y

特殊情况：

通过中断处理过程中的调度时机，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，与最一般的情况非常类似，只是内核线程运行过程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，与最一般的情况略简略；

创建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情况，如execve；

gdb