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《Linux内核》第七周 进程的切换和系统的一般执行过程 20135311傅冬菁

时间:2016-04-14 13:50:58      阅读:295      评论:0      收藏:0      [点我收藏+]

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进程的切换和系统的一般执行过程

一、内容总结与分析

进程调度与进程调度时机

进程调度需求的分类:

第一种分类方式:

I/O -bound(频繁进行I/O,通常会花很多时间等待I/O操作

CPU-bound(计算密集型、需要花大量CPU时间进行运算)

第二种分类方式:

批处理进程(后台进行,典型:编译程序、科学计算)

实时进程(有实时需求响应时间短、稳,典型:视频、音频、机械控制)

交互式进程(与用户交互多,响应时间要快,典型:shell、文本编辑程序、图形应用程序)

Linux调度基于分时和优先级(根据优先级排队,是动态的)

 进程调度策略(一组规则,决定什么时候以怎样的方式选择一个新进程运行

内核中的调度算法相关代码使用了类似OOD中的策略模式,将调度算法与其他部分解耦合了

进程调度的时机:

1.中断处理过程中,直接调用schedule(),或者返回用户态时根据need_resched标记调用schedule()

*用户态进程只能被动被调度

2.内核线程(只有内核态,没有用户态)可以直接调用schedule()进行进程切换,也可以在中断处理过程进行调度,也就是内核线程作为一类特殊进程可以主动调用,也可以被动调度

3.用户态进程无法实现主动调度,仅能通过陷入内核态后某个时机点进程调度。即在中断处理过程中进行调度。

进程上下文切换

进程的切换(内核必须有能力挂起正在CPU上执行的进程)

挂起正在CPU上执行的进程,与中断时保存现场是不一样的,中断前后是在同一个进程上下文中,只是由用户态转向内核态执行

进程上下文包含了执行所需要的所有信息:

用户地址空间:包括程序代码、数据、用户堆栈

控制信息:进程描述符,内核堆栈

硬件上下文

schedule()函数选择一个新的进程来运行,并调用content_switch进行上下文的切换,这个宏调用switch_to 函数

 

next = pick_next_task(rq,prev);

 

  

 

 

 

switch_to利用了prev和next两个参数:prev指向当前进程,next指向被调度的进程

代码分析!

 

  34   * Context-switching clobbers all registers, so we clobber    35   * them explicitly, via unused output variables.       36   * (EAX and EBP is not listed because EBP is saved/restored    37   * explicitly for wchan access and EAX is the return value of     38   * __switch_to())                       39   */                                  40  unsigned long ebx, ecx, edx, esi, edi;                  41                                    42  asm volatile("pushfl\n\t"      /* save    flags */     43           "pushl %%ebp\n\t"        /* save    EBP   */   44           "movl %%esp,%[prev_sp]\n\t"  /* save    ESP   */ \esp保存在当前的栈顶
  45           "movl %[next_sp],%%esp\n\t"  /* restore ESP   */ \完成当前进程内核堆栈的切换
  46           "movl $1f,%[prev_ip]\n\t"    /* save    EIP   */ \保存当前进程的EIP
  47           "pushl %[next_ip]\n\t"   /* restore EIP   */    \把下一个进程起点的位置压栈
  48           __switch_canary                     49           "jmp __switch_to\n"  /* regparm call  */ \用寄存器传递参数
  50           "1:\t"                          51           "popl %%ebp\n\t"     /* restore EBP   */      52           "popfl\n"         /* restore flags */    53                                    54           /* output parameters */                  55           : [prev_sp] "=m" (prev->thread.sp),     \sp是内核堆栈的栈顶,thread.sp是当前进程的eip
  56             [prev_ip] "=m" (prev->thread.ip),        \把当前进程的堆栈基址压栈
  57             "=a" (last),                   58                                    59             /* clobbered output registers: */       60             "=b" (ebx), "=c" (ecx), "=d" (edx),        61             "=S" (esi), "=D" (edi)               62                                         63             __switch_canary_oparam                  64                                    65             /* input parameters: */                  66           : [next_sp]  "m" (next->thread.sp),        \next_sp 下一个内核堆栈的栈顶,next->thread.sp 下一个进程开始的起点
  67             [next_ip]  "m" (next->thread.ip),         68                                         69             /* regparm parameters for __switch_to(): */    70             [prev]     "a" (prev),                71             [next]     "d" (next)                 72                                    73             __switch_canary_iparam                  74                                    75           : /* reloaded segment registers */             76          "memory");                  

  Linux系统的一般执行过程

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

 

  1. 正在运行的用户态进程X

  2. 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).

  3. SAVE_ALL //保存现场

  4. 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

  5. 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)

  6. restore_all //恢复现场
  7. iret - pop cs:eip/ss:esp/eflags from kernel stack

  8. 继续运行用户态进程Y

 

Linux执行过程中几种特殊情况

 

 

    • 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; next_ip=ret_from_fork;

    • 加载一个新的可执行程序后返回到用户态的情况,如execve;

 

任何计算机系统都包含一个基本的程序集合,成为操作系统。

内核(进程管理,进程调度,进程间通讯机制,内存管理,中断异常处理,文件系统,I/O系统网络部分)

其他程序(shell程序、系统程序)

操作系统的目的

  1. 与硬件交互,管理所有的硬件资源
  2. 为用户程序(应用程序)提供一个良好的执行环境

 

最简单也是最复杂的操作

在控制台输入ls命令->shell程序分析输入参数,确定这是ls命令->调用系统调用fork生成一个shell本身的拷贝->调用exec系统调用将ls的可执行文件

 

二、实验过程(GDB跟踪调试进程调度)

 

 

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实验分析:

schedule()选择一个新的进程来运行,并调用context_switch进行上下文的切换,context_switch调用switch_to宏来进行关键上下文的切换。

next=pick_next_task(rq,prev);//进程调度算法被封装在内
context_switch(rq,prev,next);//进程上下文的切换
jmp 函数名//使用寄存器来传递参数,而不是压栈

switch_to利用了prev和next两个参数:prev指向当前进程,next指向被调度进程。、

 

《Linux内核》第七周 进程的切换和系统的一般执行过程 20135311傅冬菁

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原文地址:http://www.cnblogs.com/bushifudongjing/p/5386423.html

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