理解进程调度时机跟踪分析进程调度与进程切换的过程

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《Linux内核分析》MOOC课程http://mooc.study.163.com/course/USTC-1000029000

这一次实验是针对linux系统中进程调度时机得深入理解。

Linux 调度器将进程分为三类：

1. 交互式进程

2. 批处理进程

3. 实时进程

 根据进程的不同分类 Linux 采用不同的调度策略。对于实时进程，采用 FIFO 或者 Round Robin 的调度策略。对于普通进程，则需要区分交互式和批处理式的不同。传统 Linux 调度器提高交互式应用的优先级，使得它们能更快地被调度。

调度的发生主要有两种方式：

1：主动式调度(自愿调度)

在内核中主动直接调用进程调度函数schedule()，当进程需要等待资源而暂时停止运行时，会把状态置于挂起（睡眠），并主动请求调度，让出cpu。

2：被动式调度（抢占式调度、强制调度）

用户抢占和内核抢占

 (1)用户抢占发生在：从系统调用返回用户空间和从中断处理程序返回用户空间。

 (2)内核抢占：在不支持内核抢占的系统中，进程/线程一旦运行于内核空间，就可以一直执行，直到它主动放弃或时间片耗尽为止。这样一些非常紧急的进程或线程将长时间得不到运行。

实验中具体针对schedule()函数进行分析：它具体包括了三个过程：

• 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　　

下面通过具体实验截图来验证这个过程：

首先是启动内核并进行调试：

然后是schedule()函数和__schedule()函数：

再者是context_switch（）：

最后是switch_to宏定义，可以通过汇编指令观察对于寄存器状态得保存：

下面具体分析一下switch_to得代码：

首先简单提一下这个宏和函数的被调用关系：

schedule() --> context_switch() --> switch_to --> __switch_to()

这里面，schedule是主调度函数，涉及到一些调度算法，这里不讨论。当schedule()需要暂停A进程的执行而继续B进程的执行时，就发生了进程之间的切换。进程切换主要有两部分：1、切换全局页表项；2、切换内核堆栈和硬件上下文。这个切换工作由context_switch()完成。其中switch_to和__switch_to()主要完成第二部分。更详细的，__switch_to()主要完成硬件上下文切换，switch_to主要完成内核堆栈切换。

阅读switch_to时请注意：这是一个宏，不是函数，它的参数prev, next, last不是值拷贝，而是它的调用者context_switch()的局部变量。局部变量是通过%ebp寄存器来索引的，也就是通过n(%ebp)，n是编译时决定的，在不同的进程的同一段代码中，同一局部变量的n是相同的。在switch_to中，发生了堆栈的切换，即ebp发生了改变，所以要格外留意在任一时刻的局部变量属于哪一个进程。关于__switch_to()这个函数的调用，并不是通过普通的call来实现，而是直接jmp，函数参数也并不是通过堆栈来传递，而是通过寄存器来传递。

最后需要注意得是：

这些代码是所有进程共用的，代码本身不属于某一个特定的进程，所以判定当前在哪一个进程不是通过看执行的代码是哪个进程的，而是通过esp指向哪个进程的堆栈来判定的。所以，对于上面图中的切换点也可以这样理解，在这一点处，esp指向了其它进程的堆栈，当前进程即被挂起，等待若干时间，当esp指针再次指回这个进程的堆栈时，这个进程又重新开始运行。