第八周 進程的切換和系統的一般執行過程

一、進程切換關鍵代碼switch_to

1.不同類型進程有不同調度需求——兩種分類

2.調度策略——規則

• Linux中進程優先級是動態的，周期性調整。

3.時機

• schedule()函數負責調度。

• 中斷處理過程（包括時鐘中斷、I/O中斷、系統調用和異常）中，直接調用schedule()，或者返回用戶態時根據need_resched標記調用schedule()；

• 內核線程可以直接調用schedule()進行進程切換，也可以在中斷處理過程中進行調度，也就是說內核線程作為一類的特殊的進程可以主動調度，也可以被動調度；

• 用戶態進程無法實現主動調度，僅能通過陷入內核態后的某個時機點進行調度，即在中斷處理過程中進行調度。

4.進程上下文包含了進程執行需要的所有信息

• 用戶地址空間：包括程序代碼，數據，用戶堆棧等

• 控制信息：進程描述符，內核堆棧等

• 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

schedule()函數選擇一個新的進程來運行，調用switch_to來進行關鍵上下文切換

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

當schedule()需要暫停X進程的執行而繼續Y進程的執行時，就發生了進程之間的切換。

• 進程切換主要有兩部分：1、切換全局頁表項；2、切換內核堆棧和硬件上下文。

switch_to時請注意：這是一個宏，不是函數。

• 不是通過普通的call來實現，而是直接jmp，函數參數也并不是通過堆棧來傳遞，而是通過寄存器來傳遞。

二、Linux系統的一般執行過程

1.從正在運行的用戶態進程X到Y

X正在運行--->發生中斷，可能陷入內核，CPU自動保存加載--->SAVE_ALL保存現場--->調用schedule，switch_to進程上下文切換--->標號1之后運行Y（之前有進行準備動作）--->restore_all恢復現場--->iret- pop cs:eip/ss:esp/eflags from kernel stack--->繼續運行用戶態進程Y

2.特殊情況

• 通過中斷處理過程中的調度時機，用戶態進程與內核線程之間互相切換和內核線程之間互相切換，與最一般的情況非常類似，只是內核線程運行過程中發生中斷沒有進程用戶態和內核態的轉換；

• 內核線程主動調用schedule()，只有進程上下文的切換，沒有發生中斷上下文的切換，與最一般的情況略簡略；

• 創建子進程的系統調用在子進程中的執行起點及返回用戶態，如fork；

• 加載一個新的可執行程序后返回到用戶態的情況，如execve；

3.內核——Taxi

• 內核地址空間的4G中3G以上是內核態可以訪問的——是所有進程共享的。

三、Linux系統架構和執行過程

1.執行ls命令

• 涉及中斷、終端控制臺設備驅動的概念。

• 過程：

  shell分析-->調用系統調用fork生成一個shell本身拷貝-->調用exec系統調用將ls可執行文件裝入內存-->從系統調用返回

四、實踐

schedule()函數選擇一個新的進程來運行，并調用context_switch進行上下文的切換，context_switch是一個宏，這個宏調用switch_to()函數來進行關鍵上下文切換
next = pick_next_task(rq, prev); //進程調度算法都封裝這個函數內部
context_switch(rq, prev, next); //進程上下文切換
switch_to利用了prev和next兩個參數：prev指向當前進程，next指向被調度的進程

總結

linux系統的一般執行過程

X正在運行--->發生中斷，可能陷入內核，CPU自動保存加載--->SAVE_ALL保存現場--->調用schedule，switch_to進程上下文切換--->標號1之后運行Y（之前有進行準備動作）--->restore_all恢復現場--->iret- pop cs:eip/ss:esp/eflags from kernel stack--->繼續運行用戶態進程Y

轉載于:https://www.cnblogs.com/zzzz5/p/5381424.html

總結

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