Linux内核学习第八周 进程的切换和系统一般执行过程

1.理解Linux系统中进程调度的时机,可以在内核代码中搜索schedule()函数,看都是哪里调用了schedule(),判断我们课程内容中的总结是否准确;

进程的调度时机与进程的切换

操作系统原理中介绍了大量进程调度算法,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。

对于理解操作系统的工作机制,反而是进程的调度时机与进程的切换机制更为关键。

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prevnext两个参数:prev指向当前进程,next指向被调度的进程​

进程调度时机有三:

1、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()

2、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;

3、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。

进程切换:为了控制进程的执行,内核必须有能力挂起正在CPU上运行的进程,并恢复以前挂起的某个进程的执行。这种行为被称为进程切换(process switch)、任务切换(task switch)或上下文切换(context switch)。

挂起正在CPU上执行的进程,与中断时保存现场是不同的,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。

进程上下文包含了进程执行需要的所有信息,包括:

1、用户地址空间:包括程序代码,数据,用户堆栈等

2、控制信息:进程描述符,内核堆栈等

3、硬件上下文(与中断保存硬件上下文的方法不同)

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

1、正在运行的用户态进程X

2、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).

3SAVE_ALL //保存现场

4、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

5、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)

6restore_all //恢复现场

7iret - pop cs:eip/ss:esp/eflags from kernel stack

8、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

4、加载一个新的可执行程序后返回到用户态的情况,如execve

2.使用gdb跟踪分析一个schedule()函数 ,验证您对Linux系统进程调度与进程切换过程的理解;推荐在实验楼Linux虚拟机环境下完成实验。

3.特别关注并仔细分析switch_to中的汇编代码,理解进程上下文的切换机制,以及与中断上下文切换的关系;

Linux系统的一般执行过程

最一般情况: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

1.正在运行的用户态进程X

2.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)

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

几种特殊的情况:

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。

 

posted @ 2016-04-17 18:42  小剑灬  阅读(202)  评论(0编辑  收藏  举报