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.  实验要求：

   1、题目自拟，内容围绕对进程调度的时机和进程切换进行；

•     2、可以结合关键代码、实验截图、堆栈状态、CPU寄存器状态等；

•                     3、博客内容中需要仔细分析进程的调度时机、switch_to及对应的堆栈状态等。

• 4、总结部分需要阐明自己对“Linux系统一般执行过程”的理解。

•     二. 实验内容：

•                                                                    1、理解Linux系统中进程调度的时机，可以在内核代码中搜索schedule()函数，看都是哪里调用了schedule()，判断我们课程内容中的总结是否准确；

• •                                     2、使用gdb跟踪分析一个schedule()函数，验证您对Linux系统进程调度与进程切换过程的理解。

  •                                                      3、特别关注并仔细分析switch_to中的汇编代码，理解进程上下文的切换机制，以及与中断上下文切换的关系；

  • 4、根据本周所学知识分析并理解Linux中进程调度与进程切换过程。

• • 三.实验过程
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  • 2. （1）gdb跟踪分析一个schedule()函数
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  •  （2）实验代码解析
  • #define switch_to(prev, next, last)
  • \32do {
    \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()
  • \40unsignedlongebx, ecx, edx, esi, edi;
  • \42asmvolatile("pushfl\n\t"/* 保存当前进程的flag save flags */
  • \43"pushl %%ebp\n\t"/* 把当前进程的堆栈基址压栈 save EBP */ 
  • \44"movl %%esp,%[prev_sp]\n\t"/* 把当前栈顶保存起来，保存到thread.sp [prev_sp]是使用标号，类似以前的%1，这里使用字符串标记参数
  • save ESP */
  • \45"movl %[next_sp],%%esp\n\t"/*把下一个进程的栈顶放到esp寄存器里面，从这开始，所有的压栈都是在next进程里面了
    restore ESP */
  • \46"movl $1f,%[prev_ip]\n\t"/*保存当前进程的eip，在恢复prev当前进程的时候可以从这里开始恢复
    save EIP */
  • \47"pushl %[next_ip]\n\t"/*把next进程起点也就是IP的位置压栈，这里是压到next进程的堆栈，next进程的栈顶就是他的起点。restore EIP */\
    48__switch_canary\49"jmp __switch_to\n"/*不同于call调用函数用寄存器传递参数 regparm call */\
  • 50"1:\t"//从这才开始执行next进程第一条语句，以上的语句是很模糊的，属于哪个进程还不好说，但从45行之后就已经在next进程中压栈了。\
    51"popl %%ebp\n\t"/* restore EBP */
  • \52"popfl\n"/* restore flags */
  • \54/* output parameters */
  • \55 : [prev_sp] "=m" (prev->thread.sp),//当前进程，因为中断内部在内核态，sp内核堆栈栈顶。
  • \56 [prev_ip] "=m" (prev->thread.ip),//thread.ip当前进程的eip\
  • \57"=a" (last),\58\59/* 需要破坏的一些寄存器。clobbered output registers: */
  • \60"=b" (ebx), "=c" (ecx), "=d" (edx),\61"=S" (esi), "=D" (edi)
  • \63__switch_canary_oparam
  • \65/* input parameters: */
  • \66 : [next_sp] "m" (next->thread.sp),//input：next->thread.sp下一个进程内核堆栈栈顶
  • \ 67 [next_ip] "m" (next->thread.ip),//next->thread.ip下一个进程执行的起点
  • \69/* regparm parameters for __switch_to(): */
  • \70 [prev] "a" (prev),
  • \71 [next] "d" (next)
  • \73__switch_canary_iparam
  • \75 : /* reloaded segment registers */
  • \76"memory");
  • \77} while (0)
  • 3. 理解上下文切换机制
  • 进程调度的时机
    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。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
  • next = pick_next_task(rq, prev);//进程调度算法都封装这个函数内部

    context_switch(rq, prev, next);//进程上下文切换

    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。
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    四.  实验体会    
  •       本次实验让我们对操作系统多个的进程调度机制有了很好地了解。进程的调度时机与进程的切换，操作系统原理中介绍了大量进程调度算法，这些算法从实现的角       度看仅仅是从运行队列中选择一个新进程，选择的过程中运用了不同的策略而已。对于理解操作系统的工作机制，反而是进程的调度时机与进程的切换机制更为关       键。进程的切换，为了控制进程的执行，内核必须有能力挂起正在CPU上执行的进程，并恢复以前挂起的某个进程的执行，这叫做进程切换任务切换上下文切换。