linux内核分析 第八周

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

一、进程调度与切换

1、进程的调度时机与进程切换

操作系统原理中介绍了大量进程调度算法，这些算法从实现的角度看仅仅是从运行队列中选择一个新进程，选择的过程中运用了不同的策略而已。对于理解操作系统的工作机制，反而是进程的调度时机与进程的切换机制更为关键。

2、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()；

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。

3、进程的切换

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（注意中断也要保存硬件上下文知识保存的方法不同）

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韩红素

		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

4.schedule()

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。

内核线程若通过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。

二、实验过程

下载克隆

设置断点

gdb跟踪

三、总结

1.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

正在运行的用户态进程X

发生中断

SAVE_ALL //保存现场

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

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)

restore_all //恢复现场

iret

继续运行用户态进程Y

2.Linux系统执行过程中的几种特殊情况

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​

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