第八周:进程的切换和系统的一般执行过程
2016-04-17 21:12
162 查看
范闻泽 + 原创作品转载请注明出处 + 《Linux内核分析》MOOC课程http://mooc.study.163.com/course/USTC-1000029000
第一种分类:
I/O-bound:频繁进行I/O,花费很长时间等待I/O
CPU-bound:计算密集型,需要大量CPU时间进行计算
第二种分类:
批处理进程:不必交互、很快响应
实时进程:要求响应时间短
交互式进程(shell)
调度策略:是一组规则,它们决定什么时候以怎样的方式选择一个新进程运行。
Linux的进程根据优先级排队
Linux中进程的优先级是动态的
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。
内核线程(只有内核态没有用户态的特殊进程)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,只能被动调度,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。
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
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
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;
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;
加载一个新的可执行程序后返回到用户态的情况,如execve;
一、进程切换的关键代码switch_to分析
1.进程调度与进程调度的时机分析
不同类型的进程有不同的调度需求第一种分类:
I/O-bound:频繁进行I/O,花费很长时间等待I/O
CPU-bound:计算密集型,需要大量CPU时间进行计算
第二种分类:
批处理进程:不必交互、很快响应
实时进程:要求响应时间短
交互式进程(shell)
调度策略:是一组规则,它们决定什么时候以怎样的方式选择一个新进程运行。
Linux的进程根据优先级排队
Linux中进程的优先级是动态的
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。
2.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(只有内核态没有用户态的特殊进程)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,只能被动调度,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。
3.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;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
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
二、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;
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;
加载一个新的可执行程序后返回到用户态的情况,如execve;
三、Linux系统架构和执行过程概览
四、实验
1.下载新的menu
2.设置断点
3.单步追踪
相关文章推荐
- WPF操作ini 文件的读写示例
- IE兼容性
- Opengl备忘5----变换
- iPhone6 Plus、iPhone6、iPhone5S和之前版本真实分辨率
- 空间离散点拟合成空间平面
- 算法导论 思考题 2-3
- 带标签的TextView
- HTTP实现长连接(TTP1.1和HTTP1.0相比较而言,最大的区别就是增加了持久连接支持Connection: keep-alive)
- php dir()函数的用法
- Git命令总结
- 每建一个Activity都要注册权限Manifest.xml
- 进程的切换和系统的一般执行过程——20135304刘世鹏
- 每建一个Activity都要注册权限Manifest.xml
- NTFS的ADS流应用
- c++ 下的多重继承虚函数调用问题
- 三分查找,汽车转弯
- Java基础篇(关于this的一些用法)
- Educational Codeforces Round 9 C - The Smallest String Concatenation ,学习到string
- 明明的随机数之机试
- 20145223《Java程序程序设计》第7周学习总结