操作系统实验3.3 版本1.2内核的进程调度过程分析 && 两个进程的严格交替输出

第一关 版本1.2内核的进程调度过程分析

（一）答案

1.mygdb侧调试命令：

b task1
c
c
b schedule
c
disas 0x6973
p sys_call_table[0x1b]
c
disas 0x69ae
p sys_call_table[0x1d]
c
c
c
c
c

2.第三关.txt:

（二）解题思路

1.概述：0号进程和1号进程间进程调度过程

（1）从system_call函数进入相应的系统调用函数

在两个进程运行alarm和pause函数时，到执行alarm和pause系统调用时，都会进入到system_call函数，在下图第一处划线位置根据系统调用号，调用相应的sys_alarm和sys_pause函数。

（2）执行sys_alarm和sys_pause系统调用函数

两个函数的共同点在于都是系统调用的函数，因此在执行这两个函数之前会进入上面说的system_call函数，在执行完上一一张图提到的划线部分的call sys_call_table指令后，也均会执行reschedule（除了第一次的system_call(alarm)，但这次例外出现在题目中要求的 “第二次输出1” 之前，因此本文不做考虑(水平有限，没想明白)），reschedule会调用一次schedule函数。
而不同点在于，sys_alarm函数本身内部并没有调用schedule函数，而sys_pause函数内部调用了一次schedule函数，因此在main函数调用alarm系统调用时，alarm系统调用共执行了一次schedule，而main函数的1号进程和0号进程调用pause系统调用时，pause系统调用共执行了两次schedule。

sys_alarm:

sys_pause

reschedule

main

（3）进程调度与函数调度的关系

在执行schedule函数时，会发生进程的调度，在第一关中，每一次的进程调度都会导致0号进程与1号进程间的切换，由于进程在切换时，老进程会保留当前退出内存时的状态，，比如从0号进程执行到main函数for循环中，task0函数下一行的pause函数，这时pause系统调用会进入system_call函数，通过下图划线位置的call sys_call_table和pause的系统调用号调用sys_pause函数，执行到sys_call函数的schedule时，先保存这时的0号进程的执行状态，再切换到1号进程，下次从1号进程再切换到0号进程时，保存的0号进程的状态会使得0号进程从call schedule的下一条指令（大概是这个意思，可能不准确）开始执行，随后，一次退出sys_pause、sys_call_table，回到system_call函数，直至执行到call reschedule中的schedule函数，再保存0号进程的状态，重复上述操作。

2.从第二次输出1的开始到第三次输出1之前，进程调度与函数调用关系示意图

第二关:两个进程的 严格交替输出 （从第一次循环开始两个进程严格交替输出）

（一）答案

在1.2/linux/kernel/sched.c文件中的schedule函数添加如下图圈内内容。

虽然最后结果里的前几个0/1没有严格交替输出，但是评测通过。

（二）思路

1.分析原schedule函数导致0、1不严格交替输出的原因

在上一关中的思路中提到：
alarm系统调用共执行了一次schedule，而main函数的1号进程和0号进程调用pause系统调用时，pause系统调用共执行了两次schedule。
所以一次for循环中，打印一个0，0号进程一共要调用两次schedule函数（pause的两次），而1号进程要调用三次schedule函数（pause的两次和alarm的一次），正是这样不为1：1的schedule的调用次数比（即进程调度、切换的次数，因为原schedule函数使得只要该函数被调用，就会进行进程的切换），导致了从输出第二个1开始的10100这样的输出循环中，0，1并非严格交替输出，且输出的0：输出的1 = 3:2（这是因为1号进程调用了三次0号进程。而0号进程调用了两次1号进程）。

2.设计新schedule函数

那么只要使得1号进程中与0号进程中通过调度切换进程的次数为1:1即可解决该问题，而思路就是使得1号进程中的alarm函数在调用schedule函数的时候不进行进程的调度（切换）。
再看原schedule函数，其基本逻辑为：如果当前进程为0号进程，就让下一个进程为1号进程，如果当前进程为1号进程，就让下一个进程为0号进程。
需要将其逻辑改为：如果当前进程为0号进程，就让下一个进程为1号进程，如果当前进程为1号进程，且当前schedule函数，不是alarm函数调用的system_call中的reschedule调用schedule函数，就让下一个进程为0号进程，否则下一个进程依然为1号进程。
如何判断上述思路中当前schedule函数是否为alarm函数调用的system_call中的reschedule调用的schedule函数：
在schedule函数中的task[next]->counter = 15;语句之前添加printk调试信息如下：

printk("Current pid = %d", current->pid);
printk("Current alarm = %d", current->alarm);

（为什么打印current->alarm：因为在调用alarm函数中的sys_alarm中修改了alarm的值，判断current->alarm为区别alarm和pause的特征参数。）
发现0号进程的current->alarm的值总为0、1号进程的current->alarm的值一直为正值且在增加，于是构造答案所示的schedule函数。