作业信息
| 这个作业属于哪个课程 | <2020-2021-1Linux内核原理与分析）> |
|---|---|
| 这个作业要求在哪里 | <2020-2021-1Linux内核原理与分析第一周作业> |
| 这个作业的目标 | <了解进程的切换和linux系统的一般执行过程> |
| 作业正文 | https://www.cnblogs.com/lmmn/p/14078634.html |
理解进程调度时机
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。
进程切换的一般过程
- 一个用户态进程A，发生中断，save cs:eip/esp/eflags等到内核堆栈；
- SAVE_ALL保存现场。中断处理过程中直接调用或者中断返回前调用schedule，其中switch_to中的汇编代码做了关键的部分。切换了内核堆栈，从当前进程进入到下一个进程。从标号1开始就开始运行下一个进程（这个进程必须是曾经通过这个过程被切换出去的，比如新进程就不包含在内）;
- 恢复下一个进程的现场，pop出eip,esp。继续运行进程切换前用户态正在跑的程序。
特殊情况：
- 通过中断处理过程中的调度，用户态进程与内核进程之间互相切换，与一般情形类似；
- 内核进程程主动调用 schedule 函数，只有进程上下文的切换，没有中断上下文切换；
- 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。
调度策略与算法
linux支持以下基本的调度策略，以满足不同进程的调度需求。这相当于按照进程的调度方式对进程进行分类，具体的策略如下。
- SCHED_NORMAL
- SCHED_FIFO
- SCHED_RR
SCHED_NORMAL是用于普通进程的调度类，而SCHED_FIFO和SCHED_RR是用于实时进程的调度类。
理解进程调度时机跟踪分析进程调度与进程切换的过程
配置运行MenuOS
用如下代码更新menu
cd LinuxKernel
rm menu -rf
git clone https://github.com/mengning/menu.git
make rootfs
用gdb设置断点，跟踪调试
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
b schedule
b context_switch
b switch_to
b pick_next_task
跟踪分析schedule()函数
schedule()函数原型位于linux-3.18.6/kernel/sched/core.c中，其中主要的关键函数有pick_next_task()，这个函数调用之后，会根据某种进程调度策略选择出下一个运行的进程。紧接着是context_switch()，这是进程上下文切换函数，它的函数实现如下：
context_switch(struct rq *rq, struct task_struct *prev,struct task_struct *next)
{
struct mm_struct *mm, *oldmm;
prepare_task_switch(rq, prev, next);
mm = next->mm;
oldmm = prev->active_mm;
arch_start_context_switch(prev);
if (!mm) {
next->active_mm = oldmm;
atomic_inc(&oldmm->mm_count);
enter_lazy_tlb(oldmm, next);
} else
switch_mm(oldmm, mm, next);
if (!prev->mm) {
prev->active_mm = NULL;
rq->prev_mm = oldmm;
}
spin_release(&rq->lock.dep_map, 1, _THIS_IP_);
context_tracking_task_switch(prev, next);
switch_to(prev, next, prev); //关键函数
barrier();
/*
* this_rq must be evaluated again because prev may have moved
* CPUs since it called schedule(), thus the 'rq' on its stack
* frame will be invalid.
*/
finish_task_switch(this_rq(), prev);
}
在context_switch()函数中，最为重要的是switch_to()函数，它主要是由内联汇编实现，功能是完成进程切换。
#define switch_to(prev, next, last)
do {
unsigned long ebx, ecx, edx, esi, edi;
asm volatile("pushfl
" /* 保存当前进程的flags */
"pushl %%ebp
" /* 把当前进程的当前的ebp压入当前进程的栈 */
"movl %%esp,%[prev_sp]
" /*保存当前的esp到prev->thread.sp指向的内存中 */
"movl %[next_sp],%%esp
" /* 重置esp，把下个进程的next->thread.sp赋予esp */
"movl $1f,%[prev_ip]
" /*把1：的代码在内存中存储的地址保存到prev->thread.ip中*/
"pushl %[next_ip]
" /*重置eip */
__switch_canary
"jmp __switch_to
" /*跳转到switch_to函数*/
"1: "
"popl %%ebp
" /* 重置ebp */
"popfl
" /* 重置flags*/
: [prev_sp] "=m" (prev->thread.sp),
[prev_ip] "=m" (prev->thread.ip),
"=a" (last),
"=b" (ebx), "=c" (ecx), "=d" (edx),
"=S" (esi), "=D" (edi)
__switch_canary_oparam
: [next_sp] "m" (next->thread.sp),
[next_ip] "m" (next->thread.ip),
[prev] "a" (prev),
[next] "d" (next)
__switch_canary_iparam
"memory");
} while (0)