第八周——进程切换和系统的一般执行过程
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第八周——进程切换和系统的一般执行过程
一、进程调度
1.进程调度策略
Linux的调度基于分时和优先级策略
- 进程根据优先级排队，这个优先级的值表示如何适当分配CPU；
- 调度程序会根据进程的运行周期动态调整优先级，比如nice等系统调用，可以手动调整优先级；
- 内核中的调度算法相关代码使用了类似OOD中的策略模式
2.进程调度的时机
- 中断处理过程中，直接调用schedule()，或者返回用户态时根据need_resched标记调用schedule()；
- 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；
- 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。
二、进程切换、进程上下文
1.进程切换
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。
2.进程上下文
- 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
三、Linux系统的一般执行过程
1.一般过程：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
-
中断上下文是CPU内部的切换，进程长下文切换是在内核中堆栈的切换。
- 发生中断——save cs:eip/esp/eflags(current) to kernel stack；
then load cs:eip(系统调用的起点，entry of a specific ISR) and ss:esp(point to kernel stack)
2.特殊情况：
- 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，也不需要从中断中返回
- 创建子进程的系统调用在子进程中的执行起点（如ret_from_fork）及返回用户态
- 加载一个新的可执行程序后返回到用户态的情况，如execve，在新进程内部修改了中断保存的信息
- 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
3.地址切换：内核就是各种中断处理过程和内核线程的集合
四、Linux系统架构和执行过程
1.Linux系统的执行
- 执行gets()函数；
- 执行系统调用，陷入内核；
- 等待输入，CPU会调度其他进程执行，同时wait一个I/O中断；
- 输入ls，发I/O中断给CPU，中断处理程序进行现场保存、压栈等等；
- 中断处理程序发现X进程在等待这个I/O（此时X已经变成阻塞态），处理程序将X设置为WAKE_UP;
- 进程管理可能会把进程X设置为next进程，这样gets系统调用获得数据，再返回用户态堆栈
五、实验
启动内核，并进入调试状态—在schedule设置断点，输c运行—list查看断点所在代码段—设置断点后，设法进入其内部查看
