进程的切换和系统的一般执行过程

张潇月+ 《Linux内核分析》MOOC课程http://mooc.study.163.com/course/USTC-1000029000

一、进程调度与进程调度的时机分析

1.不同类型的进程有不同的调度需要

第一种分类：I/O-bound、CPU-bound；第二种分类：批处理过程、实时进程、交互式进程；

2.什么是调度策略？

是一组规则，他们决定什么时候以怎样的方式选择一个新的进程运行。

3.liunx进程的优先级

用特定的算法计算出进程的优先级，用一个值表示，这个值表示把进程如何适当的分配给CPU

Linux进程中的优先级是动态的，调度程序会根据进程的行为周期性的调整进程的优先级

较长时间未非配到CPU，优先级上升；在CPU上运行了很长时间，优先级下降。

4.schedule函数（负责实现调度）

进程调度的时机：

中断处理过程、直接调用schedule函数或返回用户态的根据need_resched标记调用schedule

内核线程可以直接调用schedule函数进行进程切换，可主动可被动

用户态进程无法实现主动调度，仅能通过某个时机进行调度，即中断处理过程中进行调度。

用户态进程只能被动调用。

二、进程上下文切换的代码分析

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；

挂起正在CPU上执行的进程，与中断时保存现场是不同的，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；

进程上下文包含了进程执行需要的所有信息

用户地址空间：包括程序代码，数据，用户堆栈等

控制信息：进程描述符，内核堆栈等

硬件上下文（注意中断也要保存硬件上下文只是保存的方法不同）

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

先是选择进程



进程上下文切换



关键



next_ip一般是$1f，对于新创建的子进程是ret_from_fork

jmp是寄存器传递参数的

三、Linux系统的一般执行过程分析

1.最一般的情况：



关键点:中断和中断返回有一个CPU上下文的切换，进程调度过程中有进程上下文的切换。

2.特殊情况：



next_ip=ret_from_fork

3.内核与舞女

dancing girl vs. taxi girl

哪一个进程招手就可以陷入到内核态，内核态里面走一程之后返回到用户态，再需要到中断就进入到内核态，没人了就空转。内核就相当于舞女，进程就相当于客人。内核是各种中断处理过程中和内核线程的集合。

四、Linux操作系统架构和系统执行过程概览

操作系统的基本概念



操作系统内核架构



最简单也是最复杂的操作——执行ls命令



从CPU和内存的角度看Linux系统的执行