进程的切换和系统的一般执行过程
一、内容总结与分析
进程调度与进程调度时机
进程调度需求的分类：
第一种分类方式：
I/O -bound（频繁进行I/O，通常会花很多时间等待I/O操作）
CPU-bound（计算密集型、需要花大量CPU时间进行运算）
第二种分类方式：
批处理进程（后台进行，典型：编译程序、科学计算）
实时进程（有实时需求响应时间短、稳，典型：视频、音频、机械控制）
交互式进程（与用户交互多，响应时间要快，典型：shell、文本编辑程序、图形应用程序）
Linux调度基于分时和优先级（根据优先级排队，是动态的）
进程调度策略：（一组规则，决定什么时候以怎样的方式选择一个新进程运行）
内核中的调度算法相关代码使用了类似OOD中的策略模式，将调度算法与其他部分解耦合了
进程调度的时机：
1.中断处理过程中，直接调用schedule（），或者返回用户态时根据need_resched标记调用schedule（）
*用户态进程只能被动被调度
2.内核线程（只有内核态，没有用户态）可以直接调用schedule（）进行进程切换，也可以在中断处理过程进行调度，也就是内核线程作为一类特殊进程可以主动调用，也可以被动调度
3.用户态进程无法实现主动调度，仅能通过陷入内核态后某个时机点进程调度。即在中断处理过程中进行调度。
进程上下文切换
进程的切换（内核必须有能力挂起正在CPU上执行的进程）
挂起正在CPU上执行的进程，与中断时保存现场是不一样的，中断前后是在同一个进程上下文中，只是由用户态转向内核态执行
进程上下文包含了执行所需要的所有信息：
用户地址空间：包括程序代码、数据、用户堆栈
控制信息：进程描述符，内核堆栈
硬件上下文
schedule（）函数选择一个新的进程来运行，并调用content_switch进行上下文的切换，这个宏调用switch_to 函数
next = pick_next_task(rq,prev);
schedule()函数选择一个新的进程来运行，并调用context_switch进行上下文的切换，这个宏调用switch_to来进行关键上下文切换
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
代码分析！
34 * Context-switching clobbers all registers, so we clobber \
35 * them explicitly, via unused output variables. \
36 * (EAX and EBP is not listed because EBP is saved/restored \
37 * explicitly for wchan access and EAX is the return value of \
38 * __switch_to()) \
39 */ \
40 unsigned long ebx, ecx, edx, esi, edi; \
41 \
42 asm volatile("pushfl\n\t" /* save flags */ \
43 "pushl %%ebp\n\t" /* save EBP */ \
44 "movl %%esp,%[prev_sp]\n\t" /* save ESP */ \esp保存在当前的栈顶
45 "movl %[next_sp],%%esp\n\t" /* restore ESP */ \完成当前进程内核堆栈的切换
46 "movl $1f,%[prev_ip]\n\t" /* save EIP */ \保存当前进程的EIP
47 "pushl %[next_ip]\n\t" /* restore EIP */ \把下一个进程起点的位置压栈
48 __switch_canary \
49 "jmp __switch_to\n" /* regparm call */ \用寄存器传递参数
50 "1:\t" \
51 "popl %%ebp\n\t" /* restore EBP */ \
52 "popfl\n" /* restore flags */ \
53 \
54 /* output parameters */ \
55 : [prev_sp] "=m" (prev->thread.sp), \sp是内核堆栈的栈顶，thread.sp是当前进程的eip
56 [prev_ip] "=m" (prev->thread.ip), \把当前进程的堆栈基址压栈
57 "=a" (last), \
58 \
59 /* clobbered output registers: */ \
60 "=b" (ebx), "=c" (ecx), "=d" (edx), \
61 "=S" (esi), "=D" (edi) \
62 \
63 __switch_canary_oparam \
64 \
65 /* input parameters: */ \
66 : [next_sp] "m" (next->thread.sp), \next_sp 下一个内核堆栈的栈顶，next->thread.sp 下一个进程开始的起点
67 [next_ip] "m" (next->thread.ip), \
68 \
69 /* regparm parameters for __switch_to(): */ \
70 [prev] "a" (prev), \
71 [next] "d" (next) \
72 \
73 __switch_canary_iparam \
74 \
75 : /* reloaded segment registers */ \
76 "memory"); \
Linux系统的一般执行过程
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
Linux执行过程中几种特殊情况
通过中断处理过程中的调度时机，用户态进程与内核线程之间互相切换和内核线程之间互相切换，与最一般的情况非常类似，只是内核线程运行过程中发生中断没有进程用户态和内核态的转换；
内核线程主动调用schedule()，只有进程上下文的切换，没有发生中断上下文的切换，与最一般的情况略简略；
创建子进程的系统调用在子进程中的执行起点及返回用户态，如fork； next_ip=ret_from_fork;
加载一个新的可执行程序后返回到用户态的情况，如execve；
任何计算机系统都包含一个基本的程序集合，成为操作系统。
内核（进程管理，进程调度，进程间通讯机制，内存管理，中断异常处理，文件系统，I/O系统网络部分）
其他程序（shell程序、系统程序）
操作系统的目的
- 与硬件交互，管理所有的硬件资源
- 为用户程序（应用程序）提供一个良好的执行环境
最简单也是最复杂的操作
在控制台输入ls命令->shell程序分析输入参数，确定这是ls命令->调用系统调用fork生成一个shell本身的拷贝->调用exec系统调用将ls的可执行文件
二、实验过程（GDB跟踪调试进程调度）
实验分析：
schedule()选择一个新的进程来运行，并调用context_switch进行上下文的切换，context_switch调用switch_to宏来进行关键上下文的切换。
next=pick_next_task(rq,prev);//进程调度算法被封装在内context_switch(rq,prev,next);//进程上下文的切换jmp 函数名//使用寄存器来传递参数，而不是压栈switch_to利用了prev和next两个参数：prev指向当前进程，next指向被调度进程。、