20135202闫佳歆--week 8 实验：理解进程调度时机跟踪分析进程调度与进程切换的过程--实验及总结

week 8 实验：理解进程调度时机跟踪分析进程调度与进程切换的过程

1.环境搭建：

rm menu -rf
git clone https://github.com/megnning/menu.git
cd menu
ls
make rootfs
qemu -kernel ../linux-3.18.6/arch/x86/boot/bzImage -initrd ../rootfs.img -s -S
gdb
file ../linux-3.18.6/vmlinux
target remote:1234

这一堆都是常用配置了，不赘述。

2.使用gdb跟踪分析一个schedule()函数

首先设置几个断点，分别是schedule， pick_next_task，context_switch，switch_to。最后一个switch_to设置失败了，我也无法定位到它，这个另外再说。

设置断点如下：

发现一个对schdule的调用：

schdule函数定义如下：



__visible保证任何地方都能够调用这个函数实现进程的切换。

它首先要建立一个进程描述符，用来表示当前进程，而具体的调度过程交由__schedule()函数执行。

由这张图可以看出来，两个重要的函数context_switch和pick_next_task函数都在__schedule函数中。

首先看到的是pick_next_task函数：



next指针指向的是由这个函数选择出来的进程，pick_next_task函数里面封装了许多进程调度的算法，通过这个函数就能寻找出适当的下一个执行进程。内部如下：

然后看到了context_switch函数，这个函数的功能是进程上下文切换

关于switch_to：

switch_to是关键上下文切换的相关代码，切换堆栈和寄存器的状态，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。

这段是汇编相关无法跟踪，我只找到了一个__switch_to的函数，这个函数的返回值应该是eax的值。

对于switch_to的代码分析如下：

31  #define switch_to(prev, next, last)
32  do {
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"      /* 保存当前进程的标志位 */
43             "pushl %%ebp\n\t"        /* 保存当前进程的堆栈基址EBP   */
44             "movl %%esp,%[prev_sp]\n\t"  /* 保存当前栈顶ESP   */
45             "movl %[next_sp],%%esp\n\t"  /* 把下一个进程的栈顶放到esp寄存器中，完成了内核堆栈的切换，从此往下压栈都是在next进程的内核堆栈中。   */ 

46             "movl $1f,%[prev_ip]\n\t"    /* 保存当前进程的EIP   */
47             "pushl %[next_ip]\n\t"   /* 把下一个进程的起点EIP压入堆栈   */
48             __switch_canary
49             "jmp __switch_to\n"  /* 因为是函数所以是jmp，通过寄存器传递参数，寄存器是prev-a，next-d，当函数执行结束ret时因为没有压栈当前eip，所以需要使用之前压栈的eip，就是pop出next_ip。  */ 

以上四行代码实际是使用next进程的进程堆栈，但是还算成prev的进程执行，内核堆栈的切换和进程切换完成并不同时间。

50             "1:\t"               /* 认为next进程开始执行。 */
51             "popl %%ebp\n\t"     /* restore EBP   */
52             "popfl\n"         /* restore flags */
53
54             /* output parameters 因为处于中断上下文，在内核中
                prev_sp是内核堆栈栈顶
                prev_ip是当前进程的eip */
55             : [prev_sp] "=m" (prev->thread.sp),
56               [prev_ip] "=m" (prev->thread.ip),  //[prev_ip]是标号
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:
                next_sp下一个进程的内核堆栈的栈顶
                next_ip下一个进程执行的起点，一般是$1f，对于新创建的子进程是ret_from_fork*/
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)

简而言之，原理如下：

schedule()函数选择一个新的进程来运行：

使用pick_next_task内部封装的调度算法执行选择

并调用context_switch进行上下文的切换

context_switch又调用switch_to来进行关键上下文切换

switch_to切换堆栈和寄存器的状态，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。

3.学习笔记

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