朱宇轲 + 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
这次我们来分析Linux中进程调度和切换的原理。
关于Linux的进程调度，有很多相关的算法，比如先进先出、最短作业优先等，这个不是我们讨论的重点，对此有兴趣的同学可以翻阅《现代操作系统》中的第二章来对其进行深入的了解。
在Linux中，进程的切换主要是通过调用schedule函数来实现的，shedule调用的时机为：
-
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。
也就是说，进程的切换主要是在中断处理过程中实现，此时是被动调度，一般的用户态进程走的都是这条路子；而对于内核线程来说，它可以在执行的过程中直接调用shedule函数，进行主动调度。
进程的切换需要挂起一个进程，然后保存当前进程相关的上下文，之后进入新的进程，当回到之前的进程时再重新载入之前的上下文。这和中断的保存变量是不一样的：中断是发生在同一个进程之中，只不过由用户态进入了内核态，而进程切换是两个进程之间的变换，需要保存更多的信息。
需要保存的进程上下文为：
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用户地址空间： 包括程序代码，数据，用户堆栈等
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控制信息 ：进程描述符，内核堆栈等
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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）
接下来我们来简要分析一下shedule函数。
进入函数中，可以看到这么一句：
next = pick_next_task(rq, prev);
这就是Linux中执行进程调度的函数，具体的细节予以封装，我们也不细深究。
context_switch(rq, prev, next);
这一句就是执行所谓的进程上下文切换，进入里面。
switch_to(prev, next, prev);
该函数执行了具体的切换操作，它的代码如下：
"pushfl\n\t" /* save flags */ \ "pushl %%ebp\n\t" /* save EBP */ \ "movl %%esp,%[prev_sp]\n\t" /* save ESP */ \ "movl %[next_sp],%%esp\n\t" /* restore ESP */ \ "movl $1f,%[prev_ip]\n\t" /* save EIP */ \ "pushl %[next_ip]\n\t" /* restore EIP */ \ __switch_canary \ "jmp __switch_to\n" /* regparm call */ \ "1:\t" \ "popl %%ebp\n\t" /* restore EBP */ \ "popfl\n" /* restore flags */
prev_sp、next_sp、prev_ip、next_ip是输入和输出参数，分别表示当前进程和下一个进程的ip与sp。
这段代码其实应该也不是很难理解，就是将内核堆栈的ebp压栈，然后将next进程的sp放入内核堆栈的esp中，同时将变换前的esp保存到prev进程的sp中。之后将1处的代码段放入prev中，并将next的ip压栈。
在这里需要注意的是，之后的jmp _switch_to会执行ret操作，此时就会出栈，将next的ip放入EIP里，接下来就会执行next进程的代码了。
而通过movl $1f,%[prev_ip]语句，当我们再次回到prev进程的时候，就会执行代码段1之后的语句，返回之前存储的上下文（EBP、FLAGS等），重新执行prev进程。
Linux的进程切换基本就是如此，下面是本次实验的截图：
今天就讲到这里，谢谢大家。
