万子惠 + 原创作品转载请注明出处 + 《Linux内核分析》MOOC课程http://mooc.study.163.com/course/USTC-1000029000

进程切换和一般执行过程

Part1 实验部分

Part2 总结部分

进程调度和切换

  • 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()

a.对于内核线程 （只有内核态，没有用户态）

i.直接用schedule（）进行切换
ii.返回用户态时根据need_reashed标记使用schedule（）

b.对于用户进程

只能在中断处理过程中进行调度（无法主动调度，只能被动调度）

中断与进程切换时的不同：

1）中断前后在同一个进程中，只是从用户态转换到内核态【使用保护现场和恢复现场】

2）进程切换时，挂起后是两个进程进行了切换，并且进程上下文中保存的信息更多：【调用context_ switch机制进行上下文切换，这个宏中调用switch_ to进行上下文切换】

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（注意中断也要保存硬件上下文只是保存的方法不同）

schedule细节查看

在schedule函数中可以看到__schedule()：

往下看可以看到：

进入context_task_switch：

到这里就可以看到switch_to了：

对于重要的switch_to(这里有两个进程交换时产生的模糊地带):

switch_to中 next_ip一般是$1f,对于新创建的进程是ret_from_fork
jump_switch_to时return也会return到这一个eip【新】，正常情况下从1：开始

  • 原因：不同类型进程有着不同的调度要求

    分类方式a:

    1）I/O密集【大量时间等待I/O】

    2)CPU密集【大量CPU时间运算】

    分类方式b：

    1）批处理进程【无需交互，后台进行，无需很快响应】

    2）实时进程【有实施需求，响应时间要短】

    3）交互式进程【多交互，响应要快！】

    =>处理策略：Linux调度基于分时和优先级【选择合适的就绪进程】

    优先级是动态的：根据进程的行为为周期性调整。

      等待时间长，优先级up；在cpu运行时间长优先级down

内核中的调度算法相关代码使用了类似OOD中的策略模式

改变的优先级的系统调用：

Linux系统的一般执行过程

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,then load cs:eip(entry of a specific ISR) and ss:esp(point to kernel stack).
		|
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)
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restore_all //恢复现场
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iret - pop cs:eip/ss:esp/eflags from kernel stack
		|
继续运行用户态进程Y

几种特殊情况

1.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；
2.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；
3.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；

新创建的进程起点是ret_from_fork

4.加载一个新的可执行程序后返回到用户态的情况，如execve；

修改了中断上下文的消息

内核是各种中断处理过程和内核线程的集合

Linux架构

输入ls：一个io操作（引入中断）->提交给系统->使用fork生成一个
shell的拷贝

整个系统的运行

从CPU和内存角度来看Linux系统执行：

在Linux中，物理内存总是被映射在3G以上的空间中，若物理内存过大，需要使用其他映射技术。

Q：进程上下文的切换机制，以及与中断上下文切换的关系；