Linux内核分析——第八周学习笔记20135308

第八周进程的切换和系统的一般执行过程

（1）进程分类

（2）进程调度策略

调度策略：是一组规则，它们决定什么时候以怎样的方式选择一个新进程运行

Linux的调度基于分时和优先级。

Linux的进程根据优先级排队
- 根据特定的算法计算出进程的优先级，用一个值表示
- 这个值表示把进程如何适当的分配给CPU
Linux进程中的优先级是动态的
- 调度程序会根据进程的行为周期性地调整进程的优先级
- 例如：
  - 较长时间未被分配到cpu的进程，通常↑
  - 已经在cpu上运行了较长时间的进程，通常↓

调度算法与其他部分解耦合。

（3）进程调度的时机

中断处理过程（包括时钟中断、I/O中断、系统调用和异常）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，也就是说内核线程作为一类的特殊的进程可以主动调度，也可以被动调度；
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。

(1)一般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，这叫做进程上下文切换。

挂起正在CPU上执行的进程，与中断时保存现场不同（中断前后是在同一个进程上下文中，只是由用户态转向内核态执行）。

进程上下文切换是两个进程在切换。

(2)分析schedule函数

schedule()函数选择一个新的进程来运行，并调用context_switch进行上下文的切换，这个宏调用switch_to来进行关键上下文切换
- next = pick_next_task(rq, prev);//进程调度算法都封装这个函数内部
- context_switch(rq, prev, next);//进程上下文切换
- switch_to利用了prev和next两个参数：prev指向当前进程，next指向被调度的进程

接下来通过context_switch完成进程上下文切换

其中，通过switch_to完成寄存器的切换，先保存当前进程的寄存器，再进行堆栈切换，之后所有的压栈都是在新进程的堆栈中了，再切换eip，这样当前进程可以从新进程中恢复

next_ip一般是$1f，对于新创建的进程来说就是ret_from_fork

jmp __switch_to是函数调用，通过寄存器传递参数；函数执行结束return的时候从下一条指令开始。

最一般的情况：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

正在运行的用户态进程X
发生中断
- 　　save cs:eip/esp/eflags(current) to kernel stack　　压入内核堆栈
- then load cs:eip(entry of a specific ISR) and ss:esp(point to kernel stack) 把当前进程的内核堆栈的信息保存，和当前中断例程的起点加载
SAVE_ALL //保存现场
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
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)
restore_all //恢复现场
iret - pop cs:eip/ss:esp/eflags from kernel stack
继续运行用户态进程Y

注意：

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；