linux内核分析第八周-理解进程调度时机跟踪分析进程调度与进程切换的过程

实验原理：

一、调度时机

不同类型的进程有不同的调度需求

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（batch process） 

           不必与用户交互，通常在后台运行

           不必很快响应

           典型的批处理程序：编译程序、科学计算

    实时进程（real-time process） 

           有实时需求，不应被低优先级的进程阻塞

           响应时间要短、要稳定

           典型的实时进程：视频/音频、机械控制等

    交互式进程（interactive process） 

           需要经常与用户交互，因此要花很多时间等待用户输入操作

           响应时间要快，平均延迟要低于50~150ms

          典型的交互式程序：shell、文本编辑程序、图形应用程序等

二、进程调度的时机

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()； 

用户态进程只能被动调度。

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；

内核线程是只有内核态没有用户态的特殊进程。内核线程可以主动调度，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。

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

三、linux进程调度与进程切换

内容：

（1）从schedule()开始，几种不同类型的进程之间的调度选择;在相同类型的进程之间的调度选择算法

首先禁止抢占，获取当前CPU，该CPU的执行队列，队列上正在执行的进程，以及该进程的交换计数信息并释放该进程占用

的锁。

之后，对禁止中断，更新运行队列时钟，该队列的自旋时钟加锁，后清除当前进程的thread_flag中TIF_NEED_RESCHED。

如果进程不在可运行状态，并且可被抢占，若进程处于非阻塞挂起，则将其改为可运行，否则调用deactivate_task()函数，并修改上下文交换次数。其中在deactive_task()函数中调用了denqueue_task()函数：

（2）从CPU的IP值的变化上，说明在switch_to宏执行后，执行分析

（3）堆栈发生切换位置，在切换堆栈前后，current_thread_info变化

保存当前进程的flags ；将当前堆栈的基址压栈；保存当前的栈顶；内核堆栈的切换；保存当前进程的eip

（4）地址空间发生切换，解释地址空间的切换不会影响后续切换代码的执行

（5）current宏所代表的进程发生变化的源码位置

（6）任务状态段中关于内核堆栈的信息发生变化源码位置

实验过程：

同上周实验一样，先把Menu删掉在clone一个

 

单步调试

设置断点

实验总结：

通过学习，我们了解到Linux使用了堆栈进行了进程调度。schedule()在需要的时候重新获得大内核锁、重新启用内核抢占、并检查是否一些其他的进程已经设置了当前进程的tlf_need_resched标志，如果是，整个schedule()函数重新开始执行，否则，函数结束。linux调度的核心函数为schedule，schedule函数封装了内核调度的框架。细节实现上调用具体的调度类中的函数实现。当切换进程已经选好后，就开始用户虚拟空间的处理，然后就是进程的切换switch_to()。所谓进程的切换主要就是堆栈的切换，这是由宏操作switch_to()完成的。