深入解析Linux系统下的进程切换

Linux内核下进程切换
Linux切换并没有使用X86CPU的切换方法，Linux切换的实质就是cr3切换（内存空间切换，在switch_mm函数中）+ 寄存器切换（包括EIP，ESP等，均在switch_to函数中）。这里我们讲述下switch_to主流程：
1、 在switch_mm函数中将new_task->pgd设置到cr3寄存器中，实现页表切换，由于每个进程3-4G的页表映射机制完全一样（从内核页表中直接复制过来的），故这里虽然切换了pgd，但是并无影响，只是在任务回到用户空 间中时，才会发生变化，因为每个任务在0-3G中的页表映射都是各自独立的；
2、 压入esi edi ebp到cur_task堆栈中；
3、 将esp寄存器中的值保存到cur_task.task_struct.thread.esp中，也就是将cur_task切换时的堆栈指针保存起来；
4、 将new_task.task_struct.thread.esp中的值设置到esp寄存器中，这里的new_task.task_struct.thread.esp中的值就是new_task上一次被换出时的堆栈指针，现在被恢复了，2和3结合实现了从cur_task到new_task的堆栈切换；
5、 将1f地址设置到cur_task.task_struct.thread.eip中，当下次cur_task恢复运行时，将会从1f处开始运行，下面阐述了这种原理；
6、 将new_task.task_struct.thread.eip压入到new_task的堆栈中，这里new_task.task_struct.thread.eip的值就是1f，因为从4中可知，new_task上一次被换出时，其也是和现在的cur_task类似，1f地址被设置到new_task.task_struct.thread.eip中；
7、 随后CPU跳转到__switch_to函数中开始执行，注意这里使用的是jmp，不是call，call会pusheip，而jmp不会，由于__switch_to是函数，当CPU执行完该函数后，最后一条指令必然为iret，该指令会popeip，从5中可以知道，此时new_task堆栈中的镜像为[......., esi,edi,ebp,eip(&1f)]，故popeip将值eip(&1f)设置到eip寄存器中，这样当iret执行完毕后，CPU将从eip处继续执行，也就是从1f处继续执行；
8、 此时已经在new_task的执行环境中了，pop ebp, pop edi, popesi，回到schedule函数中，当返回用户空间中时，由于new_task用户空间的eip,ss,esp等均被从new_task的堆栈中弹出到对应寄存器中，从而new_task得以顺利执行。

Linux 前后台进程切换
当你用shell启动一个程序时，往往他是在前台工作的。 例如经常用PUTTY连接到远程服务器执行脚本的时候，如果本地网络中断后，这个时候前台进程就结束了，比较的懊恼，必须重新执行。因此有必要进行前后台进程的切换。

例如直接在终端里输入firefox，那么会打开firefox，但当你关闭此终端或者ctrl+c强制终止时，firefox也随机关闭了。

你可以在执行时后面加一个&，这样就在后台工作了。Shell支持作用控制，有以下命令：

（1）. command  &让进程在后台运行 
（2）. jobs –l 查看后台运行的进程 
（3）. fg %n 让后台运行的进程n到前台来 
（4）. bg %n 让进程n到后台去; 
PS："n"为jobs查看到的进程编号。

1、执行命令&切换至后台 
在Linux终端运行命令的时候，在命令末尾加上&符号，就可以让程序在后台运行 
 

复制代码

代码如下:

root@Ubuntu$ ./tcpserv01&

2、切换正在运行的程序到后台 
如果程序正在前台运行，可以使用Ctrl+z 选项把程序暂停，然后用 bg %[number]命令把这个程序放到后台运行，这个步骤分为3步，如下： 
2.1暂停程序运行CTRL+Z 
ctrl + z跟系统任务有关的，ctrl + z可以将一个正在前台执行的命令放到后台，并且暂停。 

复制代码

代码如下:

[Oracle@linuxidc ~]$ sh ins.sh 
[1]+Stopped ins.sh

2.2查看暂停的程序 
察看jobs使用jobs或ps命令可以察看正在执行的jobs。 

复制代码

代码如下:

[oracle@linuxidc ~]$ jobs -l 
[1]+ 4524Stopped ins.sh

jobs命令执行的结果，+表示是一个当前的作业，减号表是是当前作业之后的一个作业。 
jobs -l选项可显示所有任务的PID，jobs的状态可以是running， stopped，Terminated 
2.3切换程序至后台 
bg将一个在后台暂停的命令，变成继续执行如果后台中有多个命令，可以用bg %jobnumber将选中的命令调出.

复制代码

代码如下:

[oracle@linuxidc ~]$ bg %1 
[oracle@linuxidc ~]$ jobs -l 
[1]+ 4524Running ins.sh

2.4切换程序至前台 
也可以用 fg %[number]指令把一个程序掉到前台运行 

复制代码

代码如下:

[oracle@linuxidc ~]$ fg %1 
./tcpserv01

2.5终止后台程序 
也可以直接终止后台运行的程序，使用 kill 命令

复制代码

代码如下:

[oracle@linuxidc ~]$ kill %1

但是如果任务被终止了(kill)，shell 从当前的shell环境已知的列表中删除任务的进程标识;也就是说，jobs命令显示的是当前shell环境中所起的后台正在运行或者被挂起的任务信息。