理解进程调度时机跟踪分析进程调度与进程切换的过程

理解进程调度时机跟踪分析进程调度与进程切换的过程

攥写人：杨光  学号：20135233

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（ 学习课程：《Linux内核分析》MOOC课程http://mooc.study.163.com/course/USTC-100

知识点：

***进程的调度时机：

1. 主动调度：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，也就是说内核线程既可以主动调度，也可以被动调度。
4. 用户态进程只能被动调度。

***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。

***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，但是是同一个进程，而进程上下文的切换是两个进程在切换。

　　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）

***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
   压入内核堆栈
   load cs:eip(entry of a specific ISR) and ss:esp(point to kernel stack).
   把当前进程的内核堆栈的信息保存，和当前中断例程的起点加载

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()【进程调度时机，可能进行调度】，其中的switch_to做了关键的进程上下文切换【具体见上一节】
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从内核堆栈中弹出y的相关信息

8. 继续运行用户态进程Y

　　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；

***Linux操作系统架构概览

　　操作系统分为：

　　　　内核
　　　　　　进程管理，进程调度，进程间通讯机制，内存管理，中断异常处理，文件系统，I/O系统，网络部分

　　　　其他程序
　　　　　　　函数库，shell程序，系统程序……

　　　　最关键：CPU和内存

　　操作系统的目的：

　　　　与硬件交互，管理所有的硬件资源

　　　　为用户程序（应用程序）提供一个良好的执行环境