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linux操作系统分析Lab5:深入理解进程切换
context_switch 函数
content_switch 函数位于 Linux 内核源码目录的 kernel/sched/core.c 中，是 schedule 函数中实现进程切换的函数
/*
* context_switch - switch to the new MM and the new thread's register state.
*/
static __always_inline struct rq *
context_switch(struct rq *rq, struct task_struct *prev,
struct task_struct *next, struct rq_flags *rf)
{
prepare_task_switch(rq, prev, next);
/*
* For paravirt, this is coupled with an exit in switch_to to
* combine the page table reload and the switch backend into
* one hypercall.
*/
arch_start_context_switch(prev);
/*
* kernel -> kernel lazy + transfer active
* user -> kernel lazy + mmgrab() active
*
* kernel -> user switch + mmdrop() active
* user -> user switch
*/
if (!next->mm) { // to kernel
enter_lazy_tlb(prev->active_mm, next);
next->active_mm = prev->active_mm;
if (prev->mm) // from user
mmgrab(prev->active_mm);
else
prev->active_mm = NULL;
} else { // to user
membarrier_switch_mm(rq, prev->active_mm, next->mm);
/*
* sys_membarrier() requires an smp_mb() between setting
* rq->curr / membarrier_switch_mm() and returning to userspace.
*
* The below provides this either through switch_mm(), or in
* case 'prev->active_mm == next->mm' through
* finish_task_switch()'s mmdrop().
*/
switch_mm_irqs_off(prev->active_mm, next->mm, next);
if (!prev->mm) { // from kernel
/* will mmdrop() in finish_task_switch(). */
rq->prev_mm = prev->active_mm;
prev->active_mm = NULL;
}
}
rq->clock_update_flags &= ~(RQCF_ACT_SKIP|RQCF_REQ_SKIP);
prepare_lock_switch(rq, next, rf);
/* Here we just switch the register state and the stack. */
switch_to(prev, next, prev);
barrier();
return finish_task_switch(prev);
}
content_switch 函数有三个参数：rq、prev、next，其中 rq 指向本次进程切换发生的 running queue；prev 和 next 分别指向切换前后进程的进程描述符。
执行过程
1. prepare_task_switch()
该函数在进程切换之前调用，内核会执行与体系结构相关的一些调测指令。上下文切换完成后，必须调用 finish_task_switch，即这两个函数一定是要成对出现的。
2. arch_start_context_switch()
该函数给各个体系结构专有的开始上下文切换的工作提供了入口，不同体系结构的实现不同。
3. switch_mm_irqs_off() 进程地址切换
switch_mm更换通过task_struct->mm描述的内存管理上下文，该工作的细节取决于处理器，主要包括加载页表，刷出地址转换后备缓冲器(部分或者全部)，向内存管理单元(MMU)提供新的信息。
3. switch_to()
调用switch_to()，从上一个进程的处理器状态切换到新进程的处理器状态。这包括保存、恢复栈信息和寄存器信息。
switch_to切换处理器寄存器的呢内容和内核栈(虚拟地址空间的用户部分已经通过switch_mm变更，其中也包括了用户状态下的栈，因此switch_to不需要变更用户栈，只需变更内核栈)，此段代码严重依赖于体系结构，且代码通常都是用汇编语言编写。
实验总结
通过上述分析，我们已经得到了进程切换过程中发生的主要操作：
__schedule // kernel/sched/core.c
->context_switch
->switch_mm_irqs_off //进程地址空间切换
->switch_to //处理器状态切换
实际上在不同的体系结构下，只有switch_to函数是有较大差异的，因为不同的体系结构下的寄存器和堆栈有所不同，涉及具体的操作自然也是不同的，其他的函数基本上是通用的。