20135337朱荟潼 Linux第八周学习总结——进程的切换和系统的一般执行过程

第八周 进程的切换和系统的一般执行过程

一、进程切换关键代码switch_to

1.不同类型进程有不同调度需求——两种分类

2.调度策略——规则

• Linux中进程优先级是动态的，周期性调整。

3.时机

• schedule()函数负责调度。

• 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()；

• 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；

• 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。

4.进程上下文包含了进程执行需要的所有信息

• 用户地址空间：包括程序代码，数据，用户堆栈等

• 控制信息：进程描述符，内核堆栈等

• 硬件上下文（与中断保存硬件上下文的方法不同）

5.switch_to 切换寄存器的状态

schedule()函数选择一个新的进程来运行，调用switch_to来进行关键上下文切换

schedule() --> context_switch() --> switch_to  --> __switch_to()

当schedule()需要暂停X进程的执行而继续Y进程的执行时，就发生了进程之间的切换。

• 进程切换主要有两部分：1、切换全局页表项；2、切换内核堆栈和硬件上下文。

switch_to时请注意：这是一个宏，不是函数。

• 不是通过普通的call来实现，而是直接jmp，函数参数也并不是通过堆栈来传递，而是通过寄存器来传递。

二、Linux系统的一般执行过程

1.从正在运行的用户态进程X到Y

X正在运行--->发生中断，可能陷入内核，CPU自动保存加载--->SAVE_ALL保存现场--->调用schedule，switch_to进程上下文切换--->标号1之后运行Y（之前有进行准备动作）--->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

2.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；

3.内核——Taxi

• 内核地址空间的4G中3G以上是内核态可以访问的——是所有进程共享的。

三、Linux系统架构和执行过程

1.执行ls命令

• 涉及中断、终端控制台设备驱动的概念。
• 过程：

shell分析-->调用系统调用fork生成一个shell本身拷贝-->调用exec系统调用将ls可执行文件装入内存-->从系统调用返回

四、实践

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，context_switch是一个宏，这个宏调用switch_to()函数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

总结

linux系统的一般执行过程

X正在运行--->发生中断，可能陷入内核，CPU自动保存加载--->SAVE_ALL保存现场--->调用schedule，switch_to进程上下文切换--->标号1之后运行Y（之前有进行准备动作）--->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