这个作业属于哪个课程 | <2020-2021-1Linux内核原理与分析)> |
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这个作业要求在哪里 | <2020-2021-1Linux内核原理与分析第九周作业> |
这个作业的目标 | <理解进程调度的时机和进程切换的过程> |
作业正文 | https://www.cnblogs.com/20209318zs/p/14076257.html |
进程的切换和系统的一般执行过程
进程调度的时机
硬中断:cpu检测引脚电平判断中断请求
软中断/异常:
- 故障:有问题但可以恢复到当前指令
- 退出:不可恢复的严重故障
- 陷阱:程序主动产生的异常
调用schedule()的方法:
- 进程主动调用schedule
- 松散调用,内核代码中可以随时调用schedule()使当前内核路径(中断处理程序或内核线程)让出CPU;也会根据need_resched标记做进程调度,内核会在适当的时机检测need_resched标记,决定是否调用schedule()函数
进程调度的时机:
- 用户进程通过特定的系统调用主动让出CPU
- 中断处理程序在内核返回用户态时进行调度
- 内核线程主动调用schedule函数让出CPU
- 中断处理程序主动调用schedule函数让出CPU
调度策略与算法
进程分类:
- 交互式进程:大量人机交互,进程不断睡眠,对系统响应时间要求高
- 批处理进程:无需人机交互,后台运行,占用大量系统资源
- 实时进程:要求立即响应并执行
调度策略:
- SCHED_FIFO:先进先出,对所有相同优先级的进程,最先进入就绪队列的进程能优先获得调度
- SCHED_RR:比FIFO多个时间片,使得相同优先级的实时进程能够轮流获得调度,每次运行一个时间片
- SCHED_NORMAL:根据nice值计算占用cpu时间
Linux系统的运行过程
Linux系统的一般执行过程:正在运行的用户态进程X切换到运行用户态进程Y
- 正在运行的用户态进程X
- 发生中断
- SAVE_ALL,保存现场
- 中断处理过程中或中断返回前调用了schedule()
- 标号1之后开始运行用户态进程Y。
- restore_all 恢复现场。
- iret - pop cs:eip/ss:esp/eflags 从Y进程的内核堆栈中弹出2.中硬件完成的压栈内容
- 继续运行用户态进程Y
Linux系统架构与执行过程概览
Linux操作系统的整体构架示意图
ls命令执行过程示意图
进程调度相关源代码跟踪和分析
执行下列命令克隆一个新的menu,然后重新编译内核
$ cd LinuxKernel
$ rm menu -rf
$ git clone https://github.com/mengning/menu.git
$ make rootfs
配置gdb远程调试并设置断点
打开调试模式
qemu -kernel ../linux-3.18.6/arch/x86/boot/bzImage -initrd ../rootfs.img -S -s
进行gdb,设置断点
gdb
file ../linux-3.18.6/vmlinux
target remote:1234
b schedule
b context_switch
b switch_to
b pick_next_task
跟踪分析schedule()函数
schedule()是进程调度的主体函数
pick_next_task()在schedule()中负责根据调度策略和调度算法选择下一个进程
context_switch()在schedule()中实现进程切换
switch_to()在context_switch()中进行进程关键上下文切换
switch_to内嵌汇编代码分析
asm volatile(
"pushfl
" //保存当前进程flags
"pushl %%ebp
" //当前进程堆栈基址压栈
"movl %%esp,%[prev_sp]
" //保存ESP,将当前堆栈栈顶保存起来
"movl %[next_sp],%%esp
" //更新ESP,将下一栈顶保存到ESP中
// 完成内核堆栈的切换
"movl $1f,%[prev_ip]
" //保存当前进程的EIP
"pushl %[next_ip]
" //将next进程起点压入堆栈,即next进程的栈顶为起点
__switch_canary //next_ip一般为$1f,对于新创建的子进程是ret_from_fork
"jmp __switch_to
" //prve进程中,设置next进程堆栈,jmp与call不同,是通过寄存器传递参数(call通过堆栈),所以ret时弹出的是之前压入栈顶的next进程起点
//完成EIP的切换
"1: " //next进程开始执行
"popl %%ebp
" //restore EBP
"popfl
" //restore flags
//输出量
: [prev_sp] "=m" (prev->thread.sp), //保存当前进程的esp
[prev_ip] "=m" (prev->thread.ip), //保存当前进仓的eip
"=a" (last),
//要破坏的寄存器
"=b" (ebx), "=c" (ecx), "=d" (edx),
"=S" (esi), "=D" (edi)
__switch_canary_oparam
//输入量
: [next_sp] "m" (next->thread.sp), //next进程的内核堆栈栈顶地址,即esp
[next_ip] "m" (next->thread.ip), //next进程的eip
// regparm parameters for __switch_to():
[prev] "a" (prev),
[next] "d" (next)
__switch_canary_iparam
: //重新加载段寄存器
"memory");