Linux進程調度和切換過程分析

內容：

（1）：從schedule()開始，幾種不同類型的進程之間的調度選擇;在相同類型的進程之間的調度選擇算法

（2）：從CPU的IP值的變化上，說明在switch_to宏執行後，執行分析

（3）：堆棧發生切換位置，在切換堆棧前後，current_thread_info變化

（4）：地址空間發生切換，解釋地址空間的切換不會影響後續切換代碼的執行

（5）：current宏所代表的進程發生變化的源碼位置

（6）：任務狀態段中關於內核堆棧的信息發生變化源碼位置

 

1，從schedule()開始，說明幾種不同類型的進程之間的調度選擇；在相同類型的進程之間的調度選擇算法。

在schedule()函數中，

 

首先禁止搶佔，獲取當前CPU，該CPU的執行隊列，隊列上正在執行的進程，以及該進程的交換計數信息並釋放該進程佔用的鎖。之後，對禁止中斷，更新運行隊列時鐘，該隊列的自旋時鐘加鎖，後清除當前進程的thread_flag中TIF_NEED_RESCHED，

 

如果進程不在可運行狀態，並且可被搶佔，若進程處於非阻塞掛起，則將其改爲可運行，否則調用deactivate_task()函數，並修改上下文交換次數。其中在deactive_task()函數中調用了denqueue_task()函數：

 

P進程調用屬於自己調度類的dequeue_task()方法，將p從當前rp運行隊列上移出。例如對於公平調度隊列中的進程調用以下函數：

對p的所有實體除含有子實體的父進程外，從公平隊列中移除。

如果運行隊列上進程數是0，則先通過idle_balance函數從其他CPU上調度，進行負載均衡。

對當前運行的進程prev，通過調用它所屬的類的put_prev_task方法，將當前進程放入運行隊列的合適位置。下圖展示過程，圖爲公平調度類的調度方法，之後對實時調度方法的說明（idle類方法爲空）：

與方法put_prev_entity()方法，將當前進程加入公平調度隊列。因爲如果該類是公平調度類，則調度一定會在公平調度隊列中有一位置，更新當前實例的狀態，併入隊：

其中入隊位置有該值決定entity_key：

對於採用實時調度的類，調用update_curr_rt函數，並置當前進程執行開始時間是0

下圖爲update_curr_tr函數，

計算delta_exec值爲運行隊列現在的時鐘值與當前進程開始值。更改當前進程的狀態，修改當前實時進程的總運行時間與開始時間，對實時調度隊列中的實例更新時間。

之後，在運行隊列上選擇下一個進程中pick_next_task函數。

對於運行隊列，如果隊列中進程數與公平調度隊列中的進程數相同，即沒有實時進程時則在公平調度隊列中選擇進程：

對調度類中具有最高優先級的類賦值給class，調用該類的pick_next_task方法，根據不同調度類又分爲：

對於實時進程則：

對於一個實例，如果它不在實時隊列組中，則返回擁有這個實例的task_struct結構爲next進程並修改執行開始時間爲運行隊列當時鐘前值。

對於公平調度進程則：

返回公平調度隊列上選擇不在公平調度組中的task_struct。

對於idle，返回隊列中的idle task_struct結構，在調度過程中，永遠不會返回NULL，因爲至少有idle進程的存在。

在隊列中從不同類中，選擇出了將要被調度的類後，如果選擇的進程next與prev不同則，進行進程的上下文切換：

修改交換次數，將next至爲當前進程，進行切換。

2，執行完switch_to後，又執行了battier函數，之後又執行finish_task_switch函數

 

另：

struct task_struct *__switch_to(struct task_struct *prev,struct task_struct *next);

將next->thread.esp中的數據存入esp寄存器中

在switch_to宏執行後，執行ret_from_fork()函數。

執行完這個函數之後，執行include/asm-x86/system.h 下的__switch_to函數（）

再執行__unlazy_fpu()函數。

3，堆棧發生切換位置，在切換堆棧前後，current_thread_info變化

對於切換堆棧，在switch_to中查找修改堆棧指針代碼即可即：

圖中movel %[next_sp],%%esp 即爲修改堆棧指針，指向next進程的堆棧。因爲在內核態中，棧頂指針減去8K偏移（兩頁）便可得到thread_info位置，從而，在切換後current_thread_info內容爲切換後的新進程的thread_info內容。

4，地址空間發生切換，解釋地址空間的切換不會影響後續切換代碼的執行

切換地址空間在context_switch函數的switch_mm方法，在switch_mm中，重新加載頁表即修改cr3寄存器的值：

切換地址空間發生在切換堆棧之前，不會影響後續代碼執行，因爲進程的切換髮生在內核態，內核態地址空間是共用的。沒有修改堆棧指針及其他寄存器的值，即堆棧沒有變，棧內值未發生改變。

5，current宏所代表的進程發生變化的源碼位置

修改該CPU的current_task爲next_p，即current宏發生了改變。

6，任務狀態段中關於內核堆棧的信息發生變化源碼位置

Tss段在_switch_to中被聲明，並被賦值：

其中，esp0即爲內核堆棧棧底指針