linux进程切换问题
#define switch_to(prev,next,last) do { \ unsigned long esi,edi; \ asm volatile("pushfl\n\t" \ "pushl %%ebp\n\t" \ "movl %%esp,%0\n\t" /* save ESP */ \ "movl %5,%%esp\n\t" /* restore ESP */ \ "movl $1f,%1\n\t" /* save EIP */ \ "pushl %6\n\t" /* restore EIP */ \ "jmp __switch_to\n" \ "1:\t" \ "popl %%ebp\n\t" \ "popfl" \ :"=m" (prev->thread.esp),"=m" (prev->thread.eip), \ "=a" (last),"=S" (esi),"=D" (edi) \ :"m" (next->thread.esp),"m" (next->thread.eip), \ "2" (prev), "d" (next)); \ } while (0)
注意:switch_to是宏,所以prev,next,last参数是通过寄存器传递的,直接就是栈中的局部变量,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A进程中的prev和next,是其局部变量,可以成为prev_A,next_B,指的是进程描述符的内存地址
在A进程中,switch_to(prev,next,prev)
prev,next,last这三个都是schedue函数的局部变量,寻址都是以EBP为基地址的
step1:复制两个局部变量到寄存器:
eax <== prev_A 或eax <==%p(%ebp_A)
edx <== next_A 或edx <==%n(%ebp_A)
这里prev和next都是A进程的局部变量。
step2:保存进程A的ebp和eflags
pushfl
pushl %ebp
注意,因为现在esp还在A的堆栈中,所以这两个东西被保存到A进程的内核堆栈中。
step3:保存当前esp到A进程内核描述符中://thread_struct的thread字段:存储了esp和eip等大部分寄存器
"movl %%esp,%[prev_sp]/n/t" /*save ESP */
它可以表示成:prev_A->thread.sp <== esp_A
在调用switch_to时,prev是指向A进程自己的进程描述符的。
step4:从next(进程B)的描述符中取出之前从B切换出去时保存的esp_B:其实是将next->thread.esp装入esp
"movl%[next_sp],%%esp/n/t" /* restore ESP */
它可以表示成:esp_B<== next_A->thread.sp
注意,在A进程中的next是指向B的进程描述符的。
从这个时候开始,CPU当前执行的进程已经是B进程了,因为esp已经指向B的内核堆栈。但是,现在的ebp仍然指向A进程的内核堆栈,所以所有局部变量仍然是A中的局部变量,比如next实质上是%n(%ebp_A),也就是next_A,即指向B的进程描述符。
此时,已经完成了进程的堆栈的切换了,但是ebp指向的却是A进程的内核堆栈。
step5,6:把标号为1的指令地址保存到A进程描述符的ip域:
step6:将返回地址保存到堆栈,然后调用__switch_to()函数,__switch_to()函数完成硬件上下文切换。
"pushl %[next_ip]/n/t" /*restore EIP */由于上步导致的esp和ebp不是指向同一个堆栈,所以这部next的变量属于A进程的局部变量,代表的是B的进程描述符指针,next->thread.ip压入next的内核栈(也就是B的内核栈)
"jmp __switch_to/n" /* regparmcall */
step7:从__switch_to()返回后继续从1:标号后面开始执行,修改ebp到B的内核堆栈,恢复B的eflags:
"popl %%ebp/n/t" /* restore EBP */
"popfl/n" /* restore flags */
如果从__switch_to()返回后从这里继续运行,那么说明在此之前B肯定被switch_to调出过,因此此前肯定备份了ebp_B和flags_B,这里执行恢复操作。
注意,这时候ebp已经指向了B的内核堆栈,所以上面的prev,next等局部变量已经不是A进程堆栈中的了,而是B进程堆栈中的(B上次被切换出去之前也有这两个变量,所以代表B堆栈中prev、next的值了),因为prev == %p(%ebp_B),而在B上次被切换出去之前,该位置保存的是B进程的描述符地址。如果这个时候就结束switch_to的话,在后面的代码中(即 context_switch()函数中switch_to之后的代码)的prev变量是指向B进程的,因此,进程B就不知道是从哪个进程切换回来。而从context_switch()中switch_to之后的代码中,我们看到finish_task_switch(this_rq(), prev)中需要知道之前是从哪个进程切换过来的,因此,我们必须想办法保存A进程的描述符到B的堆栈中,这就是last的作用。
step8:将eax写入last,以在B的堆栈中保存正确的prev信息。
"=a" (last) 即 last_B <== %eax
而从context_switch()中看到的调用switch_to的方法是:
switch_to(prev, next, prev);
所以,这里面的last实质上就是prev,因此在switch_to宏执行完之后,prev_B就是正确的A的进程描述符了。
这里,last的作用相当于把进程A堆栈中的A进程描述符地址复制到了进程B的堆栈中。
eax总是保持被切换进程的值