第八周 進(jìn)程的切換和系統(tǒng)的一般執(zhí)行過程

一、進(jìn)程切換關(guān)鍵代碼switch_to

1.不同類型進(jìn)程有不同調(diào)度需求——兩種分類

2.調(diào)度策略——規(guī)則

• Linux中進(jìn)程優(yōu)先級(jí)是動(dòng)態(tài)的，周期性調(diào)整。

3.時(shí)機(jī)

• schedule()函數(shù)負(fù)責(zé)調(diào)度。

• 中斷處理過程（包括時(shí)鐘中斷、I/O中斷、系統(tǒng)調(diào)用和異常）中，直接調(diào)用schedule()，或者返回用戶態(tài)時(shí)根據(jù)need_resched標(biāo)記調(diào)用schedule()；

• 內(nèi)核線程可以直接調(diào)用schedule()進(jìn)行進(jìn)程切換，也可以在中斷處理過程中進(jìn)行調(diào)度，也就是說內(nèi)核線程作為一類的特殊的進(jìn)程可以主動(dòng)調(diào)度，也可以被動(dòng)調(diào)度；

• 用戶態(tài)進(jìn)程無法實(shí)現(xiàn)主動(dòng)調(diào)度，僅能通過陷入內(nèi)核態(tài)后的某個(gè)時(shí)機(jī)點(diǎn)進(jìn)行調(diào)度，即在中斷處理過程中進(jìn)行調(diào)度。

4.進(jìn)程上下文包含了進(jìn)程執(zhí)行需要的所有信息

• 用戶地址空間：包括程序代碼，數(shù)據(jù)，用戶堆棧等

• 控制信息：進(jìn)程描述符，內(nèi)核堆棧等

• 硬件上下文（與中斷保存硬件上下文的方法不同）

5.switch_to 切換寄存器的狀態(tài)

schedule()函數(shù)選擇一個(gè)新的進(jìn)程來運(yùn)行，調(diào)用switch_to來進(jìn)行關(guān)鍵上下文切換

schedule() --> context_switch() --> switch_to --> __switch_to()

當(dāng)schedule()需要暫停X進(jìn)程的執(zhí)行而繼續(xù)Y進(jìn)程的執(zhí)行時(shí)，就發(fā)生了進(jìn)程之間的切換。

• 進(jìn)程切換主要有兩部分：1、切換全局頁表項(xiàng)；2、切換內(nèi)核堆棧和硬件上下文。

switch_to時(shí)請(qǐng)注意：這是一個(gè)宏，不是函數(shù)。

• 不是通過普通的call來實(shí)現(xiàn)，而是直接jmp，函數(shù)參數(shù)也并不是通過堆棧來傳遞，而是通過寄存器來傳遞。

二、Linux系統(tǒng)的一般執(zhí)行過程

1.從正在運(yùn)行的用戶態(tài)進(jìn)程X到Y(jié)

X正在運(yùn)行--->發(fā)生中斷，可能陷入內(nèi)核，CPU自動(dòng)保存加載--->SAVE_ALL保存現(xiàn)場--->調(diào)用schedule，switch_to進(jìn)程上下文切換--->標(biāo)號(hào)1之后運(yùn)行Y（之前有進(jìn)行準(zhǔn)備動(dòng)作）--->restore_all恢復(fù)現(xiàn)場--->iret- pop cs:eip/ss:esp/eflags from kernel stack--->繼續(xù)運(yùn)行用戶態(tài)進(jìn)程Y

2.特殊情況

• 通過中斷處理過程中的調(diào)度時(shí)機(jī)，用戶態(tài)進(jìn)程與內(nèi)核線程之間互相切換和內(nèi)核線程之間互相切換，與最一般的情況非常類似，只是內(nèi)核線程運(yùn)行過程中發(fā)生中斷沒有進(jìn)程用戶態(tài)和內(nèi)核態(tài)的轉(zhuǎn)換；

• 內(nèi)核線程主動(dòng)調(diào)用schedule()，只有進(jìn)程上下文的切換，沒有發(fā)生中斷上下文的切換，與最一般的情況略簡略；

• 創(chuàng)建子進(jìn)程的系統(tǒng)調(diào)用在子進(jìn)程中的執(zhí)行起點(diǎn)及返回用戶態(tài)，如fork；

• 加載一個(gè)新的可執(zhí)行程序后返回到用戶態(tài)的情況，如execve；

3.內(nèi)核——Taxi

• 內(nèi)核地址空間的4G中3G以上是內(nèi)核態(tài)可以訪問的——是所有進(jìn)程共享的。

三、Linux系統(tǒng)架構(gòu)和執(zhí)行過程

1.執(zhí)行l(wèi)s命令

• 涉及中斷、終端控制臺(tái)設(shè)備驅(qū)動(dòng)的概念。

• 過程：

  shell分析-->調(diào)用系統(tǒng)調(diào)用fork生成一個(gè)shell本身拷貝-->調(diào)用exec系統(tǒng)調(diào)用將ls可執(zhí)行文件裝入內(nèi)存-->從系統(tǒng)調(diào)用返回

四、實(shí)踐

schedule()函數(shù)選擇一個(gè)新的進(jìn)程來運(yùn)行，并調(diào)用context_switch進(jìn)行上下文的切換，context_switch是一個(gè)宏，這個(gè)宏調(diào)用switch_to()函數(shù)來進(jìn)行關(guān)鍵上下文切換
next = pick_next_task(rq, prev); //進(jìn)程調(diào)度算法都封裝這個(gè)函數(shù)內(nèi)部
context_switch(rq, prev, next); //進(jìn)程上下文切換
switch_to利用了prev和next兩個(gè)參數(shù)：prev指向當(dāng)前進(jìn)程，next指向被調(diào)度的進(jìn)程

總結(jié)

linux系統(tǒng)的一般執(zhí)行過程

X正在運(yùn)行--->發(fā)生中斷，可能陷入內(nèi)核，CPU自動(dòng)保存加載--->SAVE_ALL保存現(xiàn)場--->調(diào)用schedule，switch_to進(jìn)程上下文切換--->標(biāo)號(hào)1之后運(yùn)行Y（之前有進(jìn)行準(zhǔn)備動(dòng)作）--->restore_all恢復(fù)現(xiàn)場--->iret- pop cs:eip/ss:esp/eflags from kernel stack--->繼續(xù)運(yùn)行用戶態(tài)進(jìn)程Y

轉(zhuǎn)載于:https://www.cnblogs.com/zzzz5/p/5381424.html

總結(jié)

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