Linux內核分析——【實驗八：進程調度與切換】
一 進程調度的時機
（1）中斷處理過程（包括時鐘中斷、I/O中斷、系統調用和異常）中，直接調用schedule()，或者返回用戶態時根據need_resched標記調用schedule()；
（2）內核線程可以直接調用schedule()進行進程切換，也可以在中斷處理過程中進行調度，也就是說內核線程作爲一類的特殊的進程可以主動調度，也可以被動調度；
（3）用戶態進程無法實現主動調度，僅能通過陷入內核態後的某個時機點進行調度，即在中斷處理過程中進行調度。
二 進程的切換
爲了控制進程的執行，內核必須有能力掛起正在CPU上執行的進程，並恢復以前掛起的某個進程的執行，這叫做進程切換、任務切換、上下文切換；掛起正在CPU上執行的進程，與中斷時保存現場是不同的，中斷前後是在同一個進程上下文中，只是由用戶態轉向內核態執行；
進程上下文包含了進程執行需要的所有信息：
（1） 用戶地址空間：包括程序代碼，數據，用戶堆棧等
（2） 控制信息：進程描述符，內核堆棧等
（3） 硬件上下文（注意中斷也要保存硬件上下文只是保存的方法不同）
schedule()函數選擇一個新的進程來運行，並調用context_switch進行上下文的切換，這個宏調用switch_to來進行關鍵上下文切換
next = pick_next_task(rq, prev);//進程調度算法都封裝這個函數內部
context_switch(rq, prev, next);//進程上下文切換
switch_to利用了prev和next兩個參數：prev指向當前進程，next指向被調度的進程
schedule 函數路徑：/kernel/sched/core.c
switch_to 函數路徑：/arch/x86/include/asm/switch_to.h line 31
三 Linux系統的一般執行過程
最一般的情況：正在運行的用戶態進程X切換到運行用戶態進程Y的過程
（1）正在運行的用戶態進程X
（2）發生中斷——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).
（3） SAVE_ALL //保存現場
（4） 中斷處理過程中或中斷返回前調用了schedule()，其中的switch_to做了關鍵的進程上下文切換
（5）在標號1之後開始運行用戶態進程Y(這裏Y曾經通過以上步驟被切換出去過因此可以從標號1繼續執行)
（6） restore_all //恢復現場
（7） iret —— pop cs:eip/ss:esp/eflags from kernel stack
（8）繼續運行用戶態進程Y
注意：幾種特殊情況
（1）通過中斷處理過程中的調度時機，用戶態進程與內核線程之間互相切換和內核線程之間互相切換，與最一般的情況非常類似，只是內核線程運行過程中發生中斷沒有進程用戶態和內核態的轉換；
（2）內核線程主動調用schedule()，只有進程上下文的切換，沒有發生中斷上下文的切換，與最一般的情況略簡略；
（3）創建子進程的系統調用在子進程中的執行起點及返回用戶態，如fork；
（4）加載一個新的可執行程序後返回到用戶態的情況，如execve；
四 用gdb對schedule進行跟蹤
（1）實驗環境
跟實驗七一樣，在sys_execve處設置斷點，然後c執行，在QEMU中輸入exec，再在schedule處設置斷點。
（2）進行跟蹤
由於gdb不能直接跟蹤進入context_switch函數，所以只能找到它的源代碼看看了
以上就是進程調度和切換的大致過程。
五 linux系統的結構
最底層是硬件資源；其次是內核對硬件的接口，硬件製造商在生產硬件時必須滿足內核的接口，否則硬件無法匹配，硬件的功能也無法使用；然後是內核層，它包含了很多我們熟悉的東西，比如：文件系統/處理器調度/虛擬內存等等；再上來是系統調用接口；接着是一些系統庫函數/shell命令；最頂層也是我們最熟悉的用戶應用層。
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