Linux内核分析实验八------理解进程调度时机跟踪分析进程调度与

一、进程调度与进程调度的时机分析

1、不同类型的进程有不同的调度需求

Linux既支持普通的分时进程，也支持实时进程。

Linux中的调度是多种调度策略和调度算法的混合。

2、调度策略：是一组规则，它们决定什么时候以怎样的方式选择一个新进程运行。

Linux的调度基于分时和优先级。

3、内核中的调度算法相关代码使用了类似OOD的策略模式。

4、进程调度的时机

（1）中断处理过程中，schedule函数实现调度：

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）用户态进程只能被动调度

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。

（3）内核线程是只有内核态没有用户态的特殊进程

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。

二、进程上下文切换相关代码分析

1、为了控制进程的执行，内核必须有能力挂起正在CPU上执行的进程，并恢复以前挂起的某个进程的执行，这叫做进程切换、任务切换、上下文切换。

2、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；进程上下文的切换是两个进程的切换。

3、进程上下文包含了进程执行需要的所有信息

（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（注意中断也要保存硬件上下文只是保存的方法不同）。

4、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、策略都封装这个函数内部

context_switch(rq, prev, next);//完成进程上下文切换

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。

这两句完成了内核堆栈的切换，将当前内核堆栈的栈顶保存起来，把下一个next进程的栈顶放到ESP寄存器中，之后的压栈动作都是在next进程堆栈中完成。

next_ip一般是$1f，对于新创建的子进程是ret_from_fork。

31#define switch_to(prev, next, last) 
32do {
33  /* 
34   * Context-switching clobbers all registers, so we clobber  
35   * them explicitly, via unused output variables.     
36   * (EAX and EBP is not listed because EBP is saved/restored  
37   * explicitly for wchan access and EAX is the return value of   
38   * __switch_to()) 
39   */
40  unsigned long ebx, ecx, edx, esi, edi; 
41                                  \
42  asm volatile("pushfl\n\t"      /* save    flags */
43           "pushl %%ebp\n\t"        /* save    EBP   */ 
44           "movl %%esp,%[prev_sp]\n\t"  /* save    ESP   */ 
45           "movl %[next_sp],%%esp\n\t"  /* restore ESP   */ 
46           "movl $1f,%[prev_ip]\n\t"    /* save    EIP   */ 
47           "pushl %[next_ip]\n\t"   /* restore EIP   */ 
48           __switch_canary  
49           "jmp __switch_to\n"  /* regparm call  */ 
50           "1:\t"      
51           "popl %%ebp\n\t"     /* restore EBP   */  
52           "popfl\n"         /* restore flags */ 
53  
54           /* output parameters */ 
55           : [prev_sp] "=m" (prev->thread.sp), 
56             [prev_ip] "=m" (prev->thread.ip), 
57             "=a" (last), 
58  
59             /* clobbered output registers: */ 
60             "=b" (ebx), "=c" (ecx), "=d" (edx), 
61             "=S" (esi), "=D" (edi) 
62  
63             __switch_canary_oparam  
64  
65             /* input parameters: */  
66           : [next_sp]  "m" (next->thread.sp), 
67             [next_ip]  "m" (next->thread.ip),  
68  
69             /* regparm parameters for __switch_to(): */  
70             [prev]     "a" (prev), 
71             [next]     "d" (next)
72   
73             __switch_canary_iparam 
74  
75           : /* reloaded segment registers */  
76          "memory"); 
77 } while (0)