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《Linux内核分析》MOOC课程

我们在实验楼的终端中输入qemu –kernel linux-3.18.6/arch/x86/boot/bzImage –initrd rootfs.img –S –s 然后打开另一个终端输入

gdb(gdb)file linux-3.18.6/vmlinux(gdb)target remote:1234(gdb)b schedule(gdb)c

进行调试跟踪schedule的执行过程。

进程调度时，首先进入schedule()函数，将一个task_struct结构体的指针tsk赋值为当前进程。 然后调用sched_submit_work(tsk) 我们进入这个函数，查看一下做了什么工作 我们在执行到sched_submit_work时，输入si进入函数。

可以看到这个函数时检测tsk->state是否为0 （runnable）若为运行态时则返回， tsk_is_pi_blocked(tsk),检测tsk的死锁检测器是否为空，若非空的话就return。 然后检测是否需要刷新plug队列，用来避免死锁。 sched_submit_work主要是来避免死锁。 然后我们进入__schedule()函数。 __schedule()是切换进程的真正代码，我们来分析一下具体的关键代码 1.创建一些局部变量，

struct task_struct *prev, *next;//当前进程和一下个进程的进程结构体unsigned long *switch_count;//进程切换次数struct rq *rq;//就绪队列int cpu;

2. 关闭内核抢占，初始化一部分变量

need_resched:preempt_disable();//关闭内核抢占cpu = smp_processor_id();rq = cpu_rq(cpu);//与CPU相关的runqueue保存在rq中rcu_note_context_switch(cpu);prev = rq->curr;//将runqueue当前的值赋给prev

3.选择next进程

next = pick_next_task(rq, prev);//挑选一个优先级最高的任务排进队列clear_tsk_need_resched(prev);//清除prev的TIF_NEED_RESCHED标志。clear_preempt_need_resched();

4.完成进程的调度

if (likely(prev != next)) {//如果prev和next是不同进程		rq->nr_switches++;//队列切换次数更新		rq->curr = next;		++*switch_count;//进程切换次数更新		context_switch(rq, prev, next); /* unlocks the rq *///进程上下文的切换		/*		 * The context switch have flipped the stack from under us		 * and restored the local variables which were saved when		 * this task called schedule() in the past. prev == current		 * is still correct, but it can be moved to another cpu/rq.		 */cpu = smp_processor_id();		rq = cpu_rq(cpu);	} else//如果是同一个进程不需要切换		raw_spin_unlock_irq(&rq->lock);

这段代码中context_switch(rq,prev,next)完成了从prev到next的进程上下文的切换。我们进入这个函数查看

static inline voidcontext_switch(struct rq *rq, struct task_struct *prev,	       struct task_struct *next){	struct mm_struct *mm, *oldmm;//初始化进程地址管理结构体mm和oldmm	prepare_task_switch(rq, prev, next);//完成进程切换的准备工作	mm = next->mm;	oldmm = prev->active_mm;	/*完成mm_struct的切换*/if (!mm) {		next->active_mm = oldmm;		atomic_inc(&oldmm->mm_count);		enter_lazy_tlb(oldmm, next);	} else		switch_mm(oldmm, mm, next);	if (!prev->mm) {		prev->active_mm = NULL;		rq->prev_mm = oldmm;	}switch_to(prev, next, prev);//进程切换的核心代码barrier();finish_task_switch(this_rq(), prev);}

我们看到在context_switch中使用switch_to(prev,next,prev)来切换进程。我们查看一下switch_to的代码。

switch_to是一个宏定义，完成进程从prev到next的切换，首先保存flags，然后保存当前进程的ebp，然后把当前进程的esp保存到prev->thread.sp中，然后把标号1:的地址保存到prev->thread.ip中。 然后把next->thread.ip压入堆栈。这里，如果之前B也被switch_to出去过，那么next->thread.ip里存的就是下面这个1f的标号，但如果next进程刚刚被创建，之前没有被switch_to出去过，那么next->thread.ip里存的将是ret_ftom_fork __switch_canqry应该是现代操作系统防止栈溢出攻击的金丝雀技术。 jmp __switch_to使用regparm call, 参数不是压入堆栈，而是使用寄存器传值，来调用__switch_to eax存放prev,edx存放next。这里为什么不用call __switch_to而用jmp，因为call会导致自动把下面这句话的地址(也就是1:)压栈，然后__switch_to()就必然只能ret到这里，而无法根据需要ret到ret_from_fork 当一个进程再次被调度时，会从1:开始执行，把ebp弹出，然后把flags弹出。

#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)

5.开启抢占

sched_preempt_enable_no_resched();if (need_resched())		goto need_resched;

到此，进程的切换过程就完成了。

总结： 整个schedule的执行过程可以用下面的流程图表示：