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、Linux进程调度时机

进程状态转换的时刻：进程终止、进程睡眠；
当前进程的时间片用完时（current->counter=0）；
设备驱动程序；
进程从中断、异常及系统调用返回到用户态时。

二、实验截图

可以看见，当我们设置断点后，会发现它总是在不停地调度，并且似乎在循环着什么。很有可能是0号进程和init进程在相互调用。

三、分析

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。

以下是switch_to代码：

 1 #define switch_to(prev, next, last)                    
 2 do {                                    
 3     /*                                
 4      * Context-switching clobbers all registers, so we clobber    
 5      * them explicitly, via unused output variables.        
 6      * (EAX and EBP is not listed because EBP is saved/restored    
 7      * explicitly for wchan access and EAX is the return value of    
 8      * __switch_to())                        
 9      */                                
10     unsigned long ebx, ecx, edx, esi, edi;                
11                                     
12     asm volatile("pushfl
	"        /* save    flags */    
13              "pushl %%ebp
	"        /* save    EBP   */     // 将当前进程的堆栈基址压栈
14              "movl %%esp,%[prev_sp]
	"    /* save    ESP   */  // 把当前的栈顶保存起来，保存到thread.sp
15              "movl %[next_sp],%%esp
	"    /* restore ESP   */  // 把下个进程的栈顶放到esp寄存器里面
16              "movl $1f,%[prev_ip]
	"    /* save    EIP   */     // 保存当前进程的eip
17              "pushl %[next_ip]
	"    /* restore EIP   */     // 将下一个进程的起点压到堆栈中来next进程的栈顶就是它的起点
18              __switch_canary                    
19              "jmp __switch_to
"    /* regparm call  */    
20              "1:	"                         // 开始执行next进程的第一条指令
21              "popl %%ebp
	"        /* restore EBP   */     // pop的原因是因为next进程作为prev进程是曾经push过
22              "popfl
"            /* restore flags */    
23                                     
24              /* output parameters */                
25              : [prev_sp] "=m" (prev->thread.sp),        
26                [prev_ip] "=m" (prev->thread.ip),        
27                "=a" (last),                    
28                                     
29                /* clobbered output registers: */        
30                "=b" (ebx), "=c" (ecx), "=d" (edx),        
31                "=S" (esi), "=D" (edi)                
32                                            
33                __switch_canary_oparam                
34                                     
35                /* input parameters: */                
36              : [next_sp]  "m" (next->thread.sp),        
37                [next_ip]  "m" (next->thread.ip),        
38                                            
39                /* regparm parameters for __switch_to(): */    
40                [prev]     "a" (prev),                
41                [next]     "d" (next)                
42                                     
43                __switch_canary_iparam                
44                                     
45              : /* reloaded segment registers */            
46             "memory");                    
47 } while (0)

四、总结

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 cs:eip/esp/eflags(current) to kernel stack,then load cs:eip(entry of a specific ISR) and ss:esp(point to kernel stack).
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 - pop cs:eip/ss:esp/eflags from kernel stack
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；
加载一个新的可执行程序后返回到用户态的情况，如execve；

李若森

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《Linux内核分析》MOOC课程http://mooc.study.163.com/course/USTC-1000029000