浅谈Linux进程调度过程

摘要: 在操作系统运行过程中，由于CPU bound和I/O bound，进行进程的调度自然是常事。进行进程调度时，操作系统使用某些特定算法（如FIFO、SCBF、轮转法等）在进程队列中选出一个进程作为下一个运行的进程，调用schedule。

在操作系统运行过程中，由于CPU bound和I/O bound，进行进程的调度自然是常事。进行进程调度时，操作系统使用某些特定算法（如FIFO、SCBF、轮转法等）在进程队列中选出一个进程作为下一个运行的进程，调用schedule。进行进程调用的时机有以下几种：

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，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。

相对于可以高风亮节主动让出系统资源的内核态进程，用户态进程只能接受被动调度。而被动调度分为抢占式调度和强制调度。

schedule函数进行调度时，首先选择一个新的进程来运行，然后调用context_switch进行上下文的切换，这个宏又调用switch_to进行关键上下文的切换。

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

asmlinkage __visible void __sched schedule(void)
{
struct task_struct *tsk = current;

sched_submit_work(tsk);
__schedule();
}

下面来看一个最一般的情况：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

下面是switch_to的代码：

#define switch_to(prev, next, last)
do {
/*
* Context-switching clobbers all registers, so we clobber
* them explicitly, via unused output variables.
* (EAX and EBP is not listed because EBP is saved/restored
* explicitly for wchan access and EAX is the return value of
* __switch_to())
*/
unsigned long ebx, ecx, edx, esi, edi;

asm volatile("pushfl\n\t"      /* save    flags */
"pushl %%ebp\n\t"        /* save    EBP   */
"movl %%esp,%[prev_sp]\n\t"  /* save    ESP   */
"movl %[next_sp],%%esp\n\t"  /* restore ESP   */
"movl $1f,%[prev_ip]\n\t"    /* save    EIP   */
"pushl %[next_ip]\n\t"   /* restore EIP   */
__switch_canary
"jmp __switch_to\n"  /* regparm call  */
"1:\t"
"popl %%ebp\n\t"     /* restore EBP   */
"popfl\n"         /* restore flags */

/* output parameters */
: [prev_sp] "=m" (prev->thread.sp),
[prev_ip] "=m" (prev->thread.ip),
"=a" (last),

/* clobbered output registers: */
"=b" (ebx), "=c" (ecx), "=d" (edx),
"=S" (esi), "=D" (edi)

__switch_canary_oparam

/* input parameters: */
: [next_sp]  "m" (next->thread.sp),
[next_ip]  "m" (next->thread.ip),

/* regparm parameters for __switch_to(): */
[prev]     "a" (prev),
[next]     "d" (next)

__switch_canary_iparam

: /* reloaded segment registers */
"memory");
} while (0)

注意switch_to是一个宏而不是一个函数，因此它的参数prev, next, last不是值拷贝，而是它的调用者context_switch()中的局部变量。而调用switch_to时，也并不是通过普通的call来实现，而是直接jmp到switch_to。

当然，进程调度后，当前的prev就变为了等待态，直到资源到位而转为就绪态，esp指针再次指回这个进程的堆栈时，这个进程又重新开始运行。

陈政/arc001 原创作品转载请注明出处　 《Linux内核分析》MOOC课程