2020-2021-1 20209329 《Linux内核原理与分析》第九周作业

作业信息

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	<跟踪分析进程调度的时机和进程切换的过程>
作业正文	https://www.cnblogs.com/Alannic/p/14091222.html

运行MenuOS系统

在实验楼环境中执行以下命令，重新编译内核并启动Menu

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

gdb远程调试和设置断点

在shell中输入以下命令

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

水平新建一个shell,输入以下命令利用gdb进行调试

gdb
file linux-3.18.6/vmlinux
target remote:1234

在schedule、context_switch、switch_to、pick_next_task设置断点：

b schedule
b context_switch
b switch_to
b pick_next_task

断点设置完毕，在gdb模式下输入c，可以看到MenuOS运行至schedule函数处停下来

断点停在了pick_next_task函数，该函数负责根据调度策略和调度算法选择下一个进程

断点停在了context_switch函数，该函数实现进程切换

switch_to进行进程关键上下文切换

switch_to内嵌汇编代码：

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");

总结

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

中断在本质上都是软件或某些硬件发生了某情形的而通知处理器的行为，处理器进而停止正在运行的指令流，对这些通知做出相应的反应，级转去执行预定义的中断处理程序。除了主动让出CPU外，进程调度都需要在进程外进行，这就需要从进程的指令流里切换出来，中断能起到切出进程指令流的作用，中断处理程序是与进程无关的内核指令流。运行完内核代码后，CPU顺带检查一下是否需要进程调度。需要则切换进程，不需要则一路顺着函数调用堆栈正常中断返回iret。