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\n\t" /* save flags */ 13 "pushl %%ebp\n\t" /* save EBP */ \ // 将当前进程的堆栈基址压栈 14 "movl %%esp,%[prev_sp]\n\t" /* save ESP */ \ // 把当前的栈顶保存起来,保存到thread.sp 15 "movl %[next_sp],%%esp\n\t" /* restore ESP */ \ // 把下个进程的栈顶放到esp寄存器里面 16 "movl $1f,%[prev_ip]\n\t" /* save EIP */ \ // 保存当前进程的eip 17 "pushl %[next_ip]\n\t" /* 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\n" /* regparm call */ 20 "1:\t" \ // 开始执行next进程的第一条指令 21 "popl %%ebp\n\t" /* restore EBP */ \ // pop的原因是因为next进程作为prev进程是曾经push过 22 "popfl\n" /* 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;
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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;
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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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