網易云課堂《Linux內核分析》作業
實驗目的：
使用gdb跟蹤分析一個schedule()函數，理解Linux系統中進程調度的時機。
實驗過程：
登陸實驗樓虛擬機http://www.shiyanlou.com/courses/195
打開shell終端，執行以下命令：
cd LinuxKernel
rm -rf menu
git clone https://github.com/mengning/menu.git
cd menu
mv test_exec.c test.c
make rootfs
可以看到編譯出來的系統已經有了exec命令
可以通過增加-s -S啟動參數打開調試模式
qemu -kernel ../linux-3.18.6/arch/x86/boot/bzImage -initrd ../rootfs.img -s -S
打開gdb進行遠程調試
gdb
file ../linux-3.18.6/vmlinux
target remote:1234
設置斷點
b schedule
b context_switch
b switch_to
b pick_next_task
實驗分析：
通過實驗可知schedule()函數用來選擇一個新的進程來運行，并調用context_switch()進行上下文的切換，這個宏調用switch_to()來進行關鍵上下文切換，其中pick_next_task()函數封裝了進程調度算法。
實驗總結：
進程調度時機有三：
1、中斷處理過程（包括時鐘中斷、I/O中斷、系統調用和異常）中，直接調用schedule()，或者返回用戶態時根據need_resched標記調用schedule()；
2、內核線程可以直接調用schedule()進行進程切換，也可以在中斷處理過程中進行調度，也就是說內核線程作為一類的特殊的進程可以主動調度，也可以被動調度；
3、用戶態進程無法實現主動調度，僅能通過陷入內核態后的某個時機點進行調度，即在中斷處理過程中進行調度。
進程切換：為了控制進程的執行，內核必須有能力掛起正在CPU上運行的進程，并恢復以前掛起的某個進程的執行。這種行為被稱為進程切換（process switch）、任務切換（task switch）或上下文切換（context switch）。
掛起正在CPU上執行的進程，與中斷時保存現場是不同的，中斷前后是在同一個進程上下文中，只是由用戶態轉向內核態執行。
進程上下文包含了進程執行需要的所有信息，包括：
1、用戶地址空間：?包括程序代碼，數據，用戶堆棧等
2、控制信息?：進程描述符，內核堆棧等
3、硬件上下文（與中斷保存硬件上下文的方法不同）
Linux系統的一般執行過程
最一般的情況：
正在運行的用戶態進程X切換到運行用戶態進程Y的過程
1、正在運行的用戶態進程X
2、發生中斷——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 //保存現場
4、中斷處理過程中或中斷返回前調用了schedule()，其中的switch_to做了關鍵的進程上下文切換
5、標號1之后開始運行用戶態進程Y(這里Y曾經通過以上步驟被切換出去過因此可以從標號1繼續執行)
6、restore_all //恢復現場
7、iret - pop cs:eip/ss:esp/eflags from kernel stack
8、繼續運行用戶態進程Y
幾種特殊情況：
1、通過中斷處理過程中的調度時機，用戶態進程與內核線程之間互相切換和內核線程之間互相切換，與最一般的情況非常類似，只是內核線程運行過程中發生中斷沒有進程用戶態和內核態的轉換；
2、內核線程主動調用schedule()，只有進程上下文的切換，沒有發生中斷上下文的切換，與最一般的情況略簡略；
3、創建子進程的系統調用在子進程中的執行起點及返回用戶態，如fork；
4、加載一個新的可執行程序后返回到用戶態的情況，如execve；
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