##一、进程调度与进程切换
###1.不同的进程有不同的调度需求
第一种分类：
I/O密集型（I/O-bound）频繁的进行I/O通常会花费很多时间等待I/O操作的完成CPU密集型（CPU-bound）计算密集型需要大量的CPU时间进行运算
第二种分类：
批处理进程不必与用户交互，通常在后台运行不必很快响应典型：编译程序，科学计算实时进程有实时需求，不应被低优先级的进程阻塞响应时间要短要稳定典型：视频、音配、机械控制交互式进程需要经常与用户交互，所以要花很多时间等待用户输入操作响应时间要快，平均延迟低于50~150ms典型：shell，文本编辑程序，图形应用程序2.不同的进程要采取不同的进程调度策略
调度策略：是一组规则，它们决定什么时候以怎样的方式选择一个新进程运行
Linux的调度基于分时和优先级。
Linux的进程根据优先级排队根据特定的算法计算出进程的优先级，用一个值表示这个值表示把进程如何适当的分配给CPULinux进程中的优先级是动态的调度程序会根据进程的行为周期性地调整进程的优先级例如：较长时间为被分配到cpu——↑已经在cpu上运行了较长时间——↓常见的一些函数：
nicegetpriority/setpriority 设置优先级sched_getschedduler/sched_setschedulersched_getparam/sched_setparamsched_yieldsched_get_priority_min/sched_get_priority_maxsched_rr_get_interval调度算法与其他部分解耦合。
3.进程的调度时机
（1）schedule函数实现调度
目的：在运行队列中找到一个进程，把cpu分配给它方法：直接调用schedule()松散调用，根据need_resched标记（2）进程调度的时机 【重要】
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()；主动调度。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。用户态进程只能被动调度。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，也就是说内核线程既可以主动调度，也可以被动调度；
内核线程是只有内核态没有用户态的特殊进程
4.进程的切换
为了控制进程的执行，内核必须有能力挂起正在CPU上执行的进程，并恢复以前挂起的某个进程的执行，这叫做进程切换、任务切换、上下文切换；挂起正在CPU上执行的进程，与中断时保存现场是不同的，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，但是是同一个进程，而进程上下文的切换是两个进程在切换。进程上下文包含了进程执行需要的所有信息用户地址空间：包括程序代码，数据，用户堆栈等控制信息：进程描述符，内核堆栈等硬件上下文（注意中断也要保存硬件上下文只是保存的方法不同）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enter description herenext = pick_next_task(rq, prev); //进程调度算法都封装这个函数内部enter description herecontext_switch(rq, prev, next); //进程上下文切换switch_to切换堆栈和寄存器的状态，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enter description hereswitch_to代码及分析如下：
31 #define switch_to(prev, next, last)
32 do {
33 /*
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" / 保存当前进程的标志位 /
43 "pushl %%ebp\n\t" / 保存当前进程的堆栈基址EBP /44 "movl %%esp,%[prev_sp]\n\t" / 保存当前栈顶ESP /45 "movl %[next_sp],%%esp\n\t" / 把下一个进程的栈顶放到esp寄存器中，完成了内核堆栈的切换，从此往下压栈都是在next进程的内核堆栈中。 */
46 "movl $1f,%[prev_ip]\n\t" /* 保存当前进程的EIP /47 "pushl %[next_ip]\n\t" / 把下一个进程的起点EIP压入堆栈 /
48 __switch_canary
49 "jmp __switch_to\n" / 因为是函数所以是jmp，通过寄存器传递参数，寄存器是prev-a，next-d，当函数执行结束ret时因为没有压栈当前eip，所以需要使用之前压栈的eip，就是pop出next_ip。 */
以上四行代码实际是使用next进程的进程堆栈，但是还算成prev的进程执行，内核堆栈的切换和进程切换完成并不同时间。
50 "1:\t" /* 认为next进程开始执行。 /
51 "popl %%ebp\n\t" / restore EBP /
52 "popfl\n" / restore flags /
53
54 / output parameters 因为处于中断上下文，在内核中prev_sp是内核堆栈栈顶prev_ip是当前进程的eip /
55 : [prev_sp] "=m" (prev->thread.sp),
56 [prev_ip] "=m" (prev->thread.ip), //[prev_ip]是标号
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:next_sp下一个进程的内核堆栈的栈顶next_ip下一个进程执行的起点，一般是$1f，对于新创建的子进程是ret_from_fork*/
66 : [next_sp] "m" (next->thread.sp),
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");
77 } while (0)、##二、Linux系统的一般执行过程
###1.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压入内核堆栈load cs:eip(entry of a specific ISR) and ss:esp(point to kernel stack).把当前进程的内核堆栈的信息保存，和当前中断例程的起点加载SAVE_ALL //保存现场中断处理过程中或中断返回前调用了schedule()【进程调度时机，可能进行调度】，其中的switch_to做了关键的进程上下文切换【具体见上一节】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从内核堆栈中弹出y的相关信息继续运行用户态进程Y
※ 关键点：
中断上下文的切换进程上下文的切换2.几种特殊情况
比如内核线程。
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；用户态进程不能主动调度，但是内核线程可以主动调用schedule()，只有进程上下文的切换，没有发生中断上下文的切换，即没有中断，与最一般的情况相比更简单；创建子进程的系统调用，如fork，在子进程中的执行起点是ret_from_fork，而不是标号1，返回用户态；加载一个新的可执行程序后返回到用户态的情况，如execve，内部修改了中断上下文，不是iret返回的那个默认中断保存信息；0-3G内核态和用户态都可以访问，3G以上只能内核态访问。内核是所有进程共享的。内核是各种中断处理过程和内核线程的集合。
三、Linux系统架构和执行过程概览
1.Linux操作系统架构概览
操作系统分为：
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，网络部分其他程序函数库，shell程序，系统程序……最关键：CPU和内存操作系统的目的：
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典型的Linux操作系统的结构enter description here
2.ls命令——最简单与最复杂的操作
enter description here
3.从CPU和内存的角度来看Linux系统的执行
从在CPU执行指令的角度看：enter description here进程x下面是0-3G的部分，是进程的地址空间在main函数中有一个gets，从控制台获得字符串需要gets是一个系统调用，陷入内核态，从用户态的堆栈进入到内核堆栈，esp等压栈；一个进程调度：等待键盘输入的时候，cpu会切换到其他进程，同时在进行等待：因为输入键盘会产生I/O中断，再调度回来。例如：在键盘上敲击ls，I/O中断，中断处理程序，找到等待键盘输入的进程，调度，把它设为就绪态。gets的系统调用就获得了从键盘上得到的数据，返回到用户态，变成用户态堆栈，继续执行。
从内存的角度来看：512m内存的虚拟地址空间的映射：enter description here整个物理内存会映射到3G以上的部分。##三、linux系统架构和执行过程概览
1.架构概览
2.执行ls命令→确定命令→fork生成一个shell本身的拷贝→exce将ls的可执行文件装入内存→从系统调用返回 3.从CPU和内存的角度看linux的执行过程##四、实验2，打开shell终端，执行以下命令：cd LinuxKernel
rm -rf menu
git clone https://github.com/mengning/menu.git
cd menu
mv test_exec.c test.c
make rootfs
2，可以通过增加-s -S启动参数打开调试模式
qemu -kernel ../linux-3.18.6/arch/x86/boot/bzImage -initrd ../rootfs.img -s -S
打开gdb进行远程调试
gdb
file ../linux-3.18.6/vmlinux
target remote:1234
设置断点
b schedule
b context_switch
b switch_to
b pick_next_task
##五，总结通过本次的课程学习，我了解到了进程的切换和系统的一般执行过程。