linux内核实验八理解进程调度时机
郑斌 《Linux内核分析》MOOC课程http://mooc.study.163.com/course/USTC-1000029000
理解进程调度时机
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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()；
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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；
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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。
进程的切换
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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；
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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；
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进程上下文包含了进程执行需要的所有信息
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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）
进程调度过程函数的分析
先是执行schedul（）函数
asmlinkage __visible void __sched schedule(void) { struct task_struct *tsk = current; sched_submit_work(tsk); __schedule(); }
在schedul函数中，创建一个任务结构体，先通过sched_submit_work(tsk)函数查看调度该任务是否会发生死锁。
然后执行系统调用__schedule()函数。
下面来查看__schedule()函数
static void __sched __schedule(void) 2771{ 2772 struct task_struct *prev, *next; 2773 unsigned long *switch_count; 2774 struct rq *rq; 2775 int cpu; 2776 2777need_resched: 2778 preempt_disable(); 2779 cpu = smp_processor_id(); 2780 rq = cpu_rq(cpu); 2781 rcu_note_context_switch(cpu); 2782 prev = rq->curr; 2783 2784 schedule_debug(prev); 2785 2786 if (sched_feat(HRTICK)) 2787 hrtick_clear(rq); 2788 2789 /* 2790 * Make sure that signal_pending_state()->signal_pending() below 2791 * can't be reordered with __set_current_state(TASK_INTERRUPTIBLE) 2792 * done by the caller to avoid the race with signal_wake_up(). 2793 */ 2794 smp_mb__before_spinlock(); 2795 raw_spin_lock_irq(&rq->lock); 2796 2797 switch_count = &prev->nivcsw; 2798 if (prev->state && !(preempt_count() & PREEMPT_ACTIVE)) { 2799 if (unlikely(signal_pending_state(prev->state, prev))) { 2800 prev->state = TASK_RUNNING; 2801 } else { 2802 deactivate_task(rq, prev, DEQUEUE_SLEEP); 2803 prev->on_rq = 0; 2804 2805 /* 2806 * If a worker went to sleep, notify and ask workqueue 2807 * whether it wants to wake up a task to maintain 2808 * concurrency. 2809 */ 2810 if (prev->flags & PF_WQ_WORKER) { 2811 struct task_struct *to_wakeup; 2812 2813 to_wakeup = wq_worker_sleeping(prev, cpu); 2814 if (to_wakeup) 2815 try_to_wake_up_local(to_wakeup); 2816 } 2817 } 2818 switch_count = &prev->nvcsw; 2819 }
调度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prev和next两个参数：prev指向当前进程，next指向被调度的进程，进行了两个进程间寄存器等相关信息的切换。
#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)
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).
3.SAVE_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)
6.restore_all //恢复现场
7.iret - pop cs:eip/ss:esp/eflags from kernel stack
8.继续运行用户态进程Y
经典的Linux操作系统的结构：
实验：
下面是子啊实验室环境中进行调度函数分析调试过程中的截图，
前面的步骤跟之前的几个实验步骤基本一直。加上参数S,s后使用gdb进行调试。
这里我们设置schedule, __schedule , __switch_to等断点。
当执行到schedule函数，需要进行进程调度。‘
然后是系统调用 __schedule （）,系统会根据一定的调度策略，从进程的链表中选出一个合适的进程next,通过下面的switch_to 函数与pret当前进程进行调度执行。
总结
进程调度几种特殊情况：
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。
最后，网络课程暂时结束了（还有考试T-T），感觉内容好多记不住啊，联系贯通不起来，还是有空要多回头复习学习，感谢孟老师的讲解，感觉到课程的东西不论是对linux 还是对操作系统的了解学习都是很有帮助的。小伙伴们，继续加油~
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