2020-2021-1 20209318《Linux内核原理与分析》第九周作业

这个作业属于哪个课程 <2020-2021-1Linux内核原理与分析)>
这个作业要求在哪里 <2020-2021-1Linux内核原理与分析第九周作业>
这个作业的目标 <理解进程调度的时机和进程切换的过程>
作业正文 https://www.cnblogs.com/20209318zs/p/14076257.html

进程的切换和系统的一般执行过程

进程调度的时机

硬中断:cpu检测引脚电平判断中断请求

软中断/异常

  • 故障:有问题但可以恢复到当前指令
  • 退出:不可恢复的严重故障
  • 陷阱:程序主动产生的异常

调用schedule()的方法

  • 进程主动调用schedule
  • 松散调用,内核代码中可以随时调用schedule()使当前内核路径(中断处理程序或内核线程)让出CPU;也会根据need_resched标记做进程调度,内核会在适当的时机检测need_resched标记,决定是否调用schedule()函数

进程调度的时机

  • 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

调度策略与算法

进程分类

  • 交互式进程:大量人机交互,进程不断睡眠,对系统响应时间要求高
  • 批处理进程:无需人机交互,后台运行,占用大量系统资源
  • 实时进程:要求立即响应并执行

调度策略

  • SCHED_FIFO:先进先出,对所有相同优先级的进程,最先进入就绪队列的进程能优先获得调度
  • SCHED_RR:比FIFO多个时间片,使得相同优先级的实时进程能够轮流获得调度,每次运行一个时间片
  • SCHED_NORMAL:根据nice值计算占用cpu时间

Linux系统的运行过程

Linux系统的一般执行过程:正在运行的用户态进程X切换到运行用户态进程Y

  1. 正在运行的用户态进程X
  2. 发生中断
  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()
  5. 标号1之后开始运行用户态进程Y。
  6. restore_all 恢复现场。
  7. iret - pop cs:eip/ss:esp/eflags 从Y进程的内核堆栈中弹出2.中硬件完成的压栈内容
  8. 继续运行用户态进程Y

Linux系统架构与执行过程概览

Linux操作系统的整体构架示意图

ls命令执行过程示意图

进程调度相关源代码跟踪和分析

执行下列命令克隆一个新的menu,然后重新编译内核

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

配置gdb远程调试并设置断点
打开调试模式

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

进行gdb,设置断点

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


跟踪分析schedule()函数

schedule()是进程调度的主体函数

pick_next_task()在schedule()中负责根据调度策略和调度算法选择下一个进程

context_switch()在schedule()中实现进程切换

switch_to()在context_switch()中进行进程关键上下文切换

switch_to内嵌汇编代码分析

asm volatile(
             "pushfl\n\t"  //保存当前进程flags
             "pushl %%ebp\n\t"  //当前进程堆栈基址压栈
             "movl %%esp,%[prev_sp]\n\t"  //保存ESP,将当前堆栈栈顶保存起来
             "movl %[next_sp],%%esp\n\t"  //更新ESP,将下一栈顶保存到ESP中
                     // 完成内核堆栈的切换
             "movl $1f,%[prev_ip]\n\t"    //保存当前进程的EIP
             "pushl %[next_ip]\n\t"       //将next进程起点压入堆栈,即next进程的栈顶为起点
             __switch_canary              //next_ip一般为$1f,对于新创建的子进程是ret_from_fork      
             "jmp __switch_to\n"    //prve进程中,设置next进程堆栈,jmp与call不同,是通过寄存器传递参数(call通过堆栈),所以ret时弹出的是之前压入栈顶的next进程起点
             //完成EIP的切换
             "1:\t"            //next进程开始执行       
             "popl %%ebp\n\t"  //restore EBP
             "popfl\n"         //restore flags

             //输出量
             : [prev_sp] "=m" (prev->thread.sp),   //保存当前进程的esp
               [prev_ip] "=m" (prev->thread.ip),     //保存当前进仓的eip
               "=a" (last),

               //要破坏的寄存器
               "=b" (ebx), "=c" (ecx), "=d" (edx),
               "=S" (esi), "=D" (edi)

               __switch_canary_oparam

              //输入量
             : [next_sp]  "m" (next->thread.sp),   //next进程的内核堆栈栈顶地址,即esp
               [next_ip]  "m" (next->thread.ip),     //next进程的eip

               // regparm parameters for __switch_to(): 
               [prev]     "a" (prev),
               [next]     "d" (next)

               __switch_canary_iparam

             : //重新加载段寄存器
            "memory");
posted @ 2020-12-02 20:28  20209318赵姝  阅读(69)  评论(0编辑  收藏  举报