第八周进程的切换和系统的一般执行过程

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一、进程切换关键代码switch_to

1.不同类型进程有不同调度需求——两种分类

进程分类

分类1

I/O-bound：等待I/O
CPU-bound：大量占用CPU进行计算

分类2

交互式进程（shell）
实时进程
批处理进程

进程调度策略

一组决定何时以何种方式选择进程的规则
Linux的调度基于分时和优先级策略：
- 进程根据优先级（系统根据特定算法计算出来）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
调度策略本质上是一种算法，这些算法从实现的角度看仅仅是从运行队列中选择一个新进程，选择的过程中运用了不同的策略而已
内核中的调度算法相关代码使用了类似OOD中的策略模式

进程上下文包含了进程执行需要的所有信息

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（与中断保存硬件上下文的方法不同）

代码

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（下图第44、45行）自此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，还有其他必要的切换
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（也就是认为是新进程的开始）

二、Linux系统的一般执行过程

1.从正在运行的用户态进程X到Y

X正在运行--->发生中断，可能陷入内核，CPU自动保存加载--->SAVE_ALL保存现场--->调用schedule，switch_to进程上下文切换--->标号1之后运行Y（之前有进行准备动作）--->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

2.特殊情况

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；

内核地址空间的4G中3G以上是内核态可以访问的——是所有进程共享的。
涉及中断、终端控制台设备驱动的概念。

3.内核——Taxi

三、Linux系统架构和执行过程

1.执行ls命令

过程：

shell分析-->调用系统调用fork生成一个shell本身拷贝-->调用exec系统调用将ls可执行文件装入内存-->从系统调用返回

四、实践

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，context_switch是一个宏，这个宏调用switch_to()函数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