进程调度的时机

（1）进程状态转换的时刻：进程终止、进程睡眠，这些过程会主动调用调度程序进行进程调度。
（2）当前进程时间片用完时
（3）进程从中断、异常及系统调用返回到用户态时

  • 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()，此时发生了用户抢占
  • 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，也就是说内核线程作为一类的特殊的进程可以主动调度，也可以被动调度；
  • 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

进程切换的一般过程

（1）正在运行的用户态进程X
（2）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).
（3）SAVE_ALL //保存现场
（4）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
（5） 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)
（6） restore_all //恢复现场
（7）iret - pop cs:eip/ss:esp/eflags from kernel stack
（8）继续运行用户态进程Y

进程上下文信息

  • 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）

进程切换源码结构

switch_to代码

switch_to是通过内联汇编操作的，在调试过程中无法进入，只能进入__switch_to函数。

#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   */	\//保存当前进程的栈基址
		     "movl %%esp,%[prev_sp]\n\t"	/* save    ESP   */ \//保存当前的栈顶
		     "movl %[next_sp],%%esp\n\t"	/* restore ESP   */ \//这里实现内核堆栈的切换
		     "movl $1f,%[prev_ip]\n\t"	/* save    EIP   */	\
			//保存当前进程的EIP，next_ip一般是$1f，对于新创建的子进程是ret_from_fork
		     "pushl %[next_ip]\n\t"	/* restore EIP   */	\//将下一个进程的起始位置压栈
		     __switch_canary					\
		     "jmp __switch_to\n"	/* regparm call  */	\//通过寄存器传参数，返回1f位置
		     "1:\t"						\
		     "popl %%ebp\n\t"		/* restore EBP   */	\//弹出之前被调度时的ebp
		     "popfl\n"			/* restore flags */	\
									\
		     /* output parameters */				\
		     : [prev_sp] "=m" (prev->thread.sp),		\//保存当前进程的esp
		       [prev_ip] "=m" (prev->thread.ip),		\//保存当前进程的eip
		       "=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)

跟踪进程切换

在以下几个地方下断点：
schedule、__schedule、context_switch、switch_to(断点无法断下)、__switch_to
运行后单步跟踪到schedule函数，发现实际调用的是__schedule函数，接下来完成进程切换的操作：

context_switch函数：

switch_to函数：

__switch_to函数：