進(jìn)程調(diào)度的時(shí)機(jī)

明確一點(diǎn)：一般來說，進(jìn)程調(diào)度都是發(fā)生在進(jìn)程外的（即進(jìn)程運(yùn)行的時(shí)候會(huì)持續(xù)執(zhí)行代碼），當(dāng)執(zhí)行代碼中斷跳到其他代碼段（系統(tǒng)調(diào)用函數(shù)，中斷處理函數(shù)等）時(shí)會(huì)觸發(fā)進(jìn)程調(diào)度函數(shù)（schedule)使得進(jìn)程（此時(shí)在內(nèi)核態(tài)）得以切換，切換的實(shí)際是兩個(gè)進(jìn)程的內(nèi)核堆棧的切換。

一般有四個(gè)進(jìn)程調(diào)度的時(shí)機(jī)
1. 用戶調(diào)用特點(diǎn)系統(tǒng)調(diào)用主動(dòng)讓出CPU
2. 中斷處理函數(shù)返回用戶態(tài)時(shí)固定時(shí)機(jī)點(diǎn)
3. 內(nèi)核線程主動(dòng)調(diào)用schedule
4. 中斷處理函數(shù)主動(dòng)調(diào)用schedule

中斷類型

1. 硬中斷（Interrupt）
   CPU兩個(gè)引腳（可屏蔽中斷，不可屏蔽中斷），高電平表示有中斷。類似時(shí)鐘，鍵盤等會(huì)使用硬中斷方式。
2. 軟中斷（Exception)
   • 故障（Fault）
   • 退出（Abort）
   • 陷阱（Trap）
     系統(tǒng)調(diào)用屬于該類軟中斷

進(jìn)程上下文切換

進(jìn)程上下文包括

• 用戶地址空間：程序代碼段，數(shù)據(jù)段，用戶堆棧等內(nèi)存信息
• 控制信息：進(jìn)程描述符、內(nèi)核堆棧
• 硬件上下文：寄存器

關(guān)鍵寄存器切換

• CR3 地址空間寄存器
• ESP
• EIP

thread_struct thread

每個(gè)進(jìn)程描述符都有一個(gè)類型thread_stuct的thread字段，該字段在進(jìn)程被切出去的時(shí)候保存了當(dāng)時(shí)硬件上下文信息

切換步驟

1. 切換CR3，切換后兩個(gè)進(jìn)程相同的虛擬地址對(duì)應(yīng)了不物理地址
2. 切換內(nèi)核堆棧和硬件上下文信息

代碼分析

schedele函數(shù)調(diào)用context_switch進(jìn)行上下文切換

context_switch(struct rq *rq, struct task_struct *prev, struct task_struct *next)
{
  switch_mm(oldmm,mm,next) //內(nèi)存CR3寄存器切換
  switch_to(prev, next, prev) //內(nèi)核堆棧和硬件上下文切換
}

switch_mm(struct mm_struct *prev, struct mm_struct *next, struct task_struct *tsk)
{
  load_cr3(newxt->pgd);
}

//簡(jiǎn)化代碼
switch_to(prev,next last)
{
  pushfl
  pushl %ebp //0

  prev->thread.sp = %esp //1
  %esp = next->thread.sp //2
  prev->thread.ip = $1f //3
  
  push next->thread.ip //4
  jmp _switch_to //5

  1f:
  popl %ebp //6
  popfl
    
  
}

重點(diǎn)講解switch_to函數(shù)

0

將當(dāng)前進(jìn)程（prev）的硬件上下文和內(nèi)核堆棧地址保存在當(dāng)前進(jìn)程（prev）內(nèi)核堆棧中，當(dāng)當(dāng)前進(jìn)程（prev）再次被調(diào)度的時(shí)候進(jìn)行恢復(fù)

1

保存內(nèi)核堆棧地址到當(dāng)前進(jìn)程（prev）的thread結(jié)構(gòu)體中，上面有提到

2

將當(dāng)前CPU的ESP寄存器（堆棧寄存器）切換為下一個(gè)進(jìn)程（next）的內(nèi)核堆棧地址。由于進(jìn)程的內(nèi)核堆棧和進(jìn)程控制塊（PCB，即進(jìn)程描述符）保存在連續(xù)的8K內(nèi)存空間，因此當(dāng)CPU的ESP寄存器切換到下一個(gè)進(jìn)程（next）的內(nèi)核堆棧地址時(shí)，可以理解為當(dāng)前已經(jīng)切換到了next進(jìn)程。

3

將上一個(gè)進(jìn)程（prev）的thread.ip設(shè)置為1f的地址，這是當(dāng)該進(jìn)程再次被調(diào)度時(shí)開始執(zhí)行的代碼行。

4&5

在next進(jìn)程的內(nèi)核堆棧中壓入thread.ip的代碼段地址（即該進(jìn)程在上次被調(diào)度出去在第三步保存的地址），然后使用jmp _switch_to來控制CPU的EIP寄存器跳轉(zhuǎn)到1f的代碼段地址?？梢詫⑦@兩步（4、5）理解為將地址裝載然后控制EIP跳轉(zhuǎn)的功能。

6

此時(shí)進(jìn)入進(jìn)程恢復(fù)階段，對(duì)應(yīng)第0步?；謴?fù)進(jìn)程的堆棧，硬件上下文信息。