作业信息
| 这个作业属于哪个课程 | <2020-2021-1Linux内核原理与分析）> |
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| 这个作业要求在哪里 | <2020-2021-1Linux内核原理与分析第九周作业> |
| 这个作业的目标 | <进程调度的时机，进程的分类，进程上下文切换，Linux系统的运行过程，Linux系统执行过程，进程调度相关源代码跟踪和分析> |
| 作业正文 | ... 本博客链接 |
进程的切换和系统的一般执行过程
1.进程调度的时机
- 硬中断和软中断
(1)中断在本质上是软件或硬件发生了某种情形而通知处理器的行为，处理器进而停止正在运行的指令流（当前进程），对这些通知做出相应反应，即转去执行预定义的中断处理程序（内核代码）。
(2)硬中断主要是一些外部设备，比如打印机，外设来通知CPU外部有中断信号产生。软中断又称为异常，软中断分为故障（比如除0错误、缺页中断），退出（不可恢复的严重故障，导致程序无法继续运行），陷阱（系统调用）。
- 进程调度时机
(1)linux内核通过schedule函数实现进程调度，schedule函数在运行队列中找到一个进程，把CPU分给它。调用schedule函数一次就是调度一次，调用schedule函数的时候就是进程调度时机。
(2)进程调度时机如下
用户进程通过特定的系统调用主动让出CPU。
中断处理程序在内核返回用户态时进行调度。
内核线程主动调用schedule函数让出CPU。
中断处理程序主动调用schedule函数让出CPU，涵盖第一和第二种情况。
2.进程的分类
- 进程的分类1
I/O消耗型进程：CPU负载不高，大量时间都在等待读写数据。
处理器消耗型进程：典型的像视频编码转换、加解密算法等。CPU占用率为100%，但没有太多硬件进行读写操作。
- 进程的分类2
交互式进程：有大量的人机交互，对系统响应时间要求比较高。
批处理进程：此类进程不需要人机交互，在后台运行，需要占用大量的系统资源。
实时进程：对调度延迟的要求最高，这些进程往往执行非常最要的操作，要求立即响应并执行。
3.进程上下文切换
- 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，相关寄存器的值。
- 进程切换就是变更进程上下文，最核心的是几个关键寄存器的保存与变换
CR3寄存器代表进程页目录表，即地址空间，数据。
ESP寄存器（内核态时）代表进程内核堆栈（保存函数调用历史），struct thread、进程控制块、内核堆栈存储于连续8KB区域中，通过ESP获取地址。
EIP寄存器及其它寄存器代表进程硬件上下文，即要执行的下条指令（代码）及环境。
4.Linux系统的运行过程
正在运行的用户态进程X切换到用户态进程Y的过程，具体表述如下：
(1)正在运行的用户态进程X
(2)发生中断,包括异常、系统调用等
(3)保存现场，此时从进程X的用户态到进程X的内核态
(4)中断处理过程中或中断返回前调用了schedule()，完成了进程上下文所需的EIP等寄存器状态切换
(5)开始运行用户态进程Y
(6)恢复现场，与(3)中保存现场相对应
(7)从Y进程的内核堆栈中弹出(2)中硬件完成的压栈内容
(8)继续运行用户态进程Y
5.Linux系统执行过程
从CPU的视角来看这一过程
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CPU在运行其他进程时，shell进程在等待获取用户输入,处于阻塞等待状态。当用户输入ls并按Enter键后导致键盘产生中断信号。
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CPU检测到键盘中断信号，转去中断处理程序，中断处理程序将shell进程由等待状态转为就绪状态，被唤醒置于就绪队列。
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CPU从键盘中断处理程序返回时，也就是中断处理结束前会检测是否需要进行调度，交互式进程被唤醒后vruntime较低，被优先调度的shell进程很可能会恢复执行，其中会调用fork系统调用和exec系统调用.
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CPU执行shell进程调用fork系统调用，结果是创建了一个子进程，并在子进程中调用exec系统调用加载了ls命令（也是一个程序），这期间进程调度shell进程被挂起，CPU执行子进程，也就是ls进程。
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CPU执行ls进程的效果就是输出当前目录下的目录和文件，这时ls进程终止，shell进程又进入等待用户输入的状态，系统发生进程调度CPU去执行其他进程。
6.进程调度相关源代码跟踪和分析
