20135316Linux内核学习笔记第八周

20135316王剑桥《Linux内核分析》MOOC课程http://mooc.study.163.com/course/USTC 1000029000
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需求的调度需求：
第一种分类：
—I/O-bound：频繁的进行I/O，通常会花费很多时间等待I/O操作的完成
—CPU-bound：计算密集型，需要大量的CPU时间进行运算
第二种分类：
—批处理进程：不必与用户交互，通常在后台运行；不必响应很快；
—实时进程：有实时需求，不被低优先级的进程阻塞；响应时间短，稳定；
—交互式进程：需要经常与用户交互；响应时间要快
2.调度策略：一组规则，决定什么时候以怎样的方式选择一个新的进程运行。
3.Linux进程根据优先级排序，用特定的算法计算出进程优先级，用一个值表示把进程如何适当地分配给CPU。优先级是动态的，根据进程的行为周期性调整，较长时间未分配到CPU的通常提高优先级；已经在CPU上运行较长时间的降低优先级。
4.Schedule函数用来实现调度，在队列中找到一个进程，把CPU分配给他。
—直接调用schedule
—松散调用，根据need-resched标记进程调度的时机
5.进程调度时机
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。
用户态进程只能被动调度；内核进程是只有内核态没有用户态的特殊进程，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；
3.进程上下文包含了进程执行需要的所有信息
4.用户地址空间：包括程序代码，数据，用户堆栈等
5.控制信息：进程描述符，内核堆栈等
6.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）
7.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
8.next-ip一般是$1f,对于新创建的子进程是ret-from-fork
三、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
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（next-ip=ret-from-fork）；
加载一个新的可执行程序后返回到用户态的情况，如execve；
四、Linux操作系统架构概览