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            jake1036

            linux0.11進程切換

            就緒態和運行態之間的切換

                當前占用CPU的進程,只有調用了schedule()函數,才會由運行態轉變為就緒態,schedule()函數選擇狀態為TASK_RUNNING的進程,
                然后調用switch函數,將cpu切換到所選定的進程。
               schedule()函數可能會在以下三種情況下調用:
               (1) 用戶態時發生時鐘中斷
                    
                   如果當前進程是用戶態進程,并且當前進程的時間片用完,那么中斷處理函數do_timer()就會調用schedule()函數,
                  這相當于用戶態的進程被搶斷了。
                  如果當前的進程屬于內核態進程,那么該進程是不會被搶占的。schedule() 函數不是系統調用,用戶程序不能直接調用,
                 但是放在時間中斷函數中,就能夠調用。所以在時間中斷中調用schedule()是必要的,這樣就保證用戶進程不會永久地占有CPU。
                
               (2)系統調用時,相應的sys_xxxx()函數返回之后。
                     這種情況是為了處理運行在內核態的進程,應用程序一般是通過系統調用進入內核態,因此,linux系統調用處理函數在結束的時候,
                     int 0x80 中斷函數會檢查當前進程的時間片和狀態,如果時間片用完或者進程的狀態不為RUNNING ,就會調用schedule()函數。
                    由此可見,如果系統的某個系統調用處理函數或者中斷處理異常永遠不退出,那么整個系統就會死鎖,任何進程都無法運行。
               (3)在睡眠函數內
                   當進程等待的資源還不可用的時候,它就進入了睡眠狀態,并且調用schedule()函數再次調用CPU。

               
            #define switch_to(n) {\
            // __tmp用來構造ljmp的操作數。該操作數由4字節偏移和2字節選擇符組成。當選擇符
            // 是TSS選擇符時,指令忽略4字節偏移。
            // __tmp.a存放的是偏移,__tmp.b的低2字節存放TSS選擇符。高兩字節為0。
            // ljmp跳轉到TSS段選擇符會造成任務切換到TSS選擇符對應的進程。
            // ljmp指令格式是 ljmp 16位段選擇符:32位偏移,但如果操作數在內存中,順序正好相反。

            // %0    內存地址    __tmp.a的地址,用來放偏移
            // %1    內存地址    __tmp.b的地址,用來放TSS選擇符
            // %2    edx            任務號為n的TSS選擇符
            // %3    ecx            task[n]
            struct {long a,b;} __tmp; \
            __asm__(
            "cmpl %%ecx,current\n\t" \    // 如果要切換的任務是當前任務
                "je 1f\n\t" \                    // 直接退出
                "movw %%dx,%1\n\t" \            // 把TSS選擇符放入__tmp.b中
                "xchgl %%ecx,current\n\t" \        // 讓current指向新進程的task_struct
                "ljmp *%0\n\t" \                // 任務切換在這里發生,CPU會搞定一切
                "cmpl %%ecx,last_task_used_math\n\t" \    // 除進程第一次被調度外,以后進程從就緒
                                                    
            // 態返回運行態后,都從這里開始運行。因
                                                    
            // 而返回到的是內核運行態。
                "jne 1f\n\t" \
                
            "clts\n" \
                
            "1:" \
                ::
            "m" (*&__tmp.a),"m" (*&__tmp.b), \
                
            "d" (_TSS(n)),"c" ((long) task[n])); \
            }


               進程調度函數
               
            /****************************************************************************/
            /* 功能:進程調度。                                                            */
            /*         先對alarm和信號進行處理,如果某個進程處于可中斷睡眠狀態,并且收    */
            /*         到信號,則把進程狀態改成可運行。之后在處可運行狀態的進程中挑選一個    */
            /*         并用switch_to()切換到那個進程                                        */
            /* 參數:(無)                                                                */
            /* 返回:(無)                                                                */
            /****************************************************************************/
            void schedule(void)
            {
                
            int i,next,c;
                
            struct task_struct ** p;

            /* check alarm, wake up any interruptible tasks that have got a signal */
            // 首先處理alarm信號,喚醒所有收到信號的可中斷睡眠進程
                for(p = &LAST_TASK ; p > &FIRST_TASK ; --p)
                    
            if (*p) {
                        
            // 如果進程設置了alarm,并且alarm已經到時間了
                        if ((*p)->alarm && (*p)->alarm < jiffies) {
                                
            // 向該進程發送SIGALRM信號
                                (*p)->signal |= (1<<(SIGALRM-1));
                                (
            *p)->alarm = 0;    // 清除alarm
                            }

            //可屏蔽信號位圖BLOCKABLE定義在sched.c第24行,(~(_S(SIGKILL) | _S(SIGSTOP)))
            // 說明SIGKILL和SIGSTOP是不能被屏蔽的。
            // 可屏蔽信號位圖 & 當前進程屏蔽的信號位圖 = 當前進程實際屏蔽的信號位圖
            // 當前進程收到的信號位圖 & ~當前進程實際屏蔽的信號位圖 
            //                            = 當前進程收到的允許相應的信號位圖
            // 如果當前進程收到允許相應的信號,并且當前進程處于可中斷睡眠態
            // 則把狀態改成運行態,參與下面的選擇過程
                        if (((*p)->signal & ~(_BLOCKABLE & (*p)->blocked)) &&
                        (
            *p)->state==TASK_INTERRUPTIBLE)
                            (
            *p)->state=TASK_RUNNING;
                    }


            /* this is the scheduler proper: */
            // 下面是進程調度的主要部分
                while (1{
                    c 
            = -1;
                    next 
            = 0;
                    i 
            = NR_TASKS;
                    p 
            = &task[NR_TASKS];
                    
            while (--i) {        // 遍歷整個task[]數組
                        if (!*--p)        // 跳過task[]中的空項
                            continue;
                        
            // 尋找剩余時間片最長的可運行進程,
            //  c記錄目前找到的最長時間片
            // next記錄目前最長時間片進程的任務號
                        if ((*p)->state == TASK_RUNNING && (*p)->counter > c)
                            c 
            = (*p)->counter, next = i;
                    }

                
            // 如果有進程時間片沒有用完c一定大于0。這時退出循環,執行 switch_to任務切換
                    if (c) break;
                
            // 到這里說明所有可運行進程的時間片都用完了,則利用任務優先級重新分配時間片。
                
            // 這里需要重新設置所有任務的時間片,而不光是可運行任務的時間片。
                
            // 利用公式:counter = counter/2 + priority
                    for(p = &LAST_TASK ; p > &FIRST_TASK ; --p)
                        
            if (*p)
                            (
            *p)->counter = ((*p)->counter >> 1+
                                    (
            *p)->priority;
                
            // 整個設置時間片過程結束后,重新進入進程選擇過程
                }

                
            // 當的上面的循環退出時,說明找到了可以切換的任務
                switch_to(next);
            }


                 
                2   運行態和睡眠態之間的轉化
                      當進程等待資源或者事件的時候,就進入了睡眠狀態,有兩種不同的睡眠狀態,   不可中斷睡眠狀態和可中斷睡眠狀態。
                      處于可中斷睡眠狀態的進程,不光可以由wake_up 喚醒,還可以由信號喚醒,在schedule()函數中,會把處于可中斷睡眠狀態的并且接收到信號的
                    進程變為運行狀態。linux0.11的可中斷睡眠狀態可以由以下三中函數進入:
                   (1)調用interruptiable_sleep_on()函數、
                   (2)調用sys_pause()函數。
                   (3)調用sys_waitpid()函數。

                進程要進入不可中斷睡眠狀態,必須調用sleep_on()函數。進程調用wake_up()函數,將處于不可中斷狀態的進程喚醒。

               
             
            /****************************************************************************/
            /* 功能:當前進程進入不可中斷睡眠態,掛起在等待隊列上                        */
            /* 參數:p 等待隊列頭                                                        */
            /* 返回:(無)                                                                */
            /****************************************************************************/
            void sleep_on(struct task_struct **p)
            {
                
            struct task_struct *tmp;        // tmp用來指向等待隊列上的下一個進程

                
            if (!p)            // 無效指針,退出
                    return;
                
            if (current == &(init_task.task))    // 進程0不能睡眠
                    panic("task[0] trying to sleep");
                tmp 
            = *p;            // 下面兩句把當前進程放到等待隊列頭,等待隊列是以堆棧方式
                *= current;        //    管理的。后到的進程等在前面
                current->state = TASK_UNINTERRUPTIBLE;    // 進程進入不可中斷睡眠狀態
                schedule();        // 進程放棄CPU使用權,重新調度進程
            // 當前進程被wake_up()喚醒后,從這里開始運行。
            // 既然等待的資源可以用了,就應該喚醒等待隊列上的所有進程,讓它們再次爭奪
            // 資源的使用權。這里讓隊列里的下一個進程也進入運行態。這樣當這個進程運行
            // 時,它又會喚醒下下個進程。最終喚醒所有進程。
                if (tmp)    
                    tmp
            ->state=0;
            }


             

            當前進程

            的地址空間

            tmp指針

            當前進程的task_struct

            進程2

            的地址空間

            tmp指針

            進程2task_struct

            進程1

            的地址空間

            tmp指針

            進程1task_struct

            *p

            current


              以下是喚醒函數 
              
            /****************************************************************************/
            /* 功能:喚醒等待隊列上的頭一個進程                                            */
            /* 參數:p 等待隊列頭                                                        */
            /* 返回:(無)                                                                */
            /****************************************************************************/
            void wake_up(struct task_struct **p)
            {
                
            if (p && *p) {
                    (
            **p).state=0;        // 把隊列上的第一個進程設為運行態
                    *p=NULL;        // 把隊列頭指針清空,這樣失去了都其他等待進程的跟蹤。
                                    
            //  一般情況下這些進程遲早會得到運行。
                }

            }



               
              



            posted on 2010-11-14 15:17 kahn 閱讀(1580) 評論(0)  編輯 收藏 引用

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