《Linux内核分析》MOOC课程
http://mooc.study.163.com/course/USTC-1000029000
我们在实验楼的终端中输入qemu –kernel linux-3.18.6/arch/x86/boot/bzImage –initrd rootfs.img –S –s
然后打开另一个终端输入

gdb
(gdb)file linux-3.18.6/vmlinux
(gdb)target remote:1234
(gdb)b schedule
(gdb)c

进行调试跟踪schedule的执行过程。

进程调度时，首先进入schedule()函数，将一个task_struct结构体的指针tsk赋值为当前进程。
然后调用sched_submit_work(tsk)
我们进入这个函数，查看一下做了什么工作
我们在执行到sched_submit_work时，输入si进入函数。

可以看到这个函数时检测tsk->state是否为0 （runnable）若为运行态时则返回，
tsk_is_pi_blocked(tsk),检测tsk的死锁检测器是否为空，若非空的话就return。

然后检测是否需要刷新plug队列，用来避免死锁。
sched_submit_work主要是来避免死锁。
然后我们进入__schedule()函数。

__schedule()是切换进程的真正代码，我们来分析一下具体的关键代码
1.创建一些局部变量，

struct task_struct *prev, *next;//当前进程和一下个进程的进程结构体
unsigned long *switch_count;//进程切换次数
struct rq *rq;//就绪队列
int cpu;

2. 关闭内核抢占，初始化一部分变量

need_resched:
preempt_disable();//关闭内核抢占
cpu = smp_processor_id();
rq = cpu_rq(cpu);//与CPU相关的runqueue保存在rq中
rcu_note_context_switch(cpu);
prev = rq->curr;//将runqueue当前的值赋给prev

3.选择next进程

next = pick_next_task(rq, prev);//挑选一个优先级最高的任务排进队列
clear_tsk_need_resched(prev);//清除prev的TIF_NEED_RESCHED标志。
clear_preempt_need_resched();

4.完成进程的调度

if (likely(prev != next)) {//如果prev和next是不同进程
		rq->nr_switches++;//队列切换次数更新
		rq->curr = next;
		++*switch_count;//进程切换次数更新

		context_switch(rq, prev, next); /* unlocks the rq *///进程上下文的切换
		/*
		 * The context switch have flipped the stack from under us
		 * and restored the local variables which were saved when
		 * this task called schedule() in the past. prev == current
		 * is still correct, but it can be moved to another cpu/rq.
		 */
cpu = smp_processor_id();
		rq = cpu_rq(cpu);
	} else//如果是同一个进程不需要切换
		raw_spin_unlock_irq(&rq->lock);

这段代码中context_switch(rq,prev,next)完成了从prev到next的进程上下文的切换。我们进入这个函数查看

static inline void
context_switch(struct rq *rq, struct task_struct *prev,
	       struct task_struct *next)
{
	struct mm_struct *mm, *oldmm;//初始化进程地址管理结构体mm和oldmm
	prepare_task_switch(rq, prev, next);//完成进程切换的准备工作
	mm = next->mm;
	oldmm = prev->active_mm;
	/*完成mm_struct的切换*/
if (!mm) {
		next->active_mm = oldmm;
		atomic_inc(&oldmm->mm_count);
		enter_lazy_tlb(oldmm, next);
	} else
		switch_mm(oldmm, mm, next);
	if (!prev->mm) {
		prev->active_mm = NULL;
		rq->prev_mm = oldmm;
	}
switch_to(prev, next, prev);//进程切换的核心代码
barrier();
finish_task_switch(this_rq(), prev);
}

我们看到在context_switch中使用switch_to(prev,next,prev)来切换进程。我们查看一下switch_to的代码。
switch_to是一个宏定义，完成进程从prev到next的切换，首先保存flags，然后保存当前进程的ebp，然后把当前进程的esp保存到prev->thread.sp中，然后把标号1:的地址保存到prev->thread.ip中。
然后把next->thread.ip压入堆栈。这里，如果之前B也被switch_to出去过，那么next->thread.ip里存的就是下面这个1f的标号，但如果next进程刚刚被创建，之前没有被switch_to出去过，那么next->thread.ip里存的将是ret_ftom_fork
__switch_canqry应该是现代操作系统防止栈溢出攻击的金丝雀技术。
jmp __switch_to使用regparm call, 参数不是压入堆栈，而是使用寄存器传值，来调用__switch_to
eax存放prev,edx存放next。这里为什么不用call __switch_to而用jmp，因为call会导致自动把下面这句话的地址(也就是1:)压栈，然后__switch_to()就必然只能ret到这里，而无法根据需要ret到ret_from_fork
当一个进程再次被调度时，会从1:开始执行，把ebp弹出，然后把flags弹出。

#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   */	\
		     "movl %%esp,%[prev_sp]\n\t"	/* save    ESP   */ \
		     "movl %[next_sp],%%esp\n\t"	/* restore ESP   */ \
		     "movl $1f,%[prev_ip]\n\t"	/* save    EIP   */	\
		     "pushl %[next_ip]\n\t"	/* restore EIP   */	\
		     __switch_canary					\
		     "jmp __switch_to\n"	/* regparm call  */	\
		     "1:\t"						\
		     "popl %%ebp\n\t"		/* restore EBP   */	\
		     "popfl\n"			/* restore flags */	\
									\
		     /* output parameters */				\
		     : [prev_sp] "=m" (prev->thread.sp),		\
		       [prev_ip] "=m" (prev->thread.ip),		\
		       "=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)

5.开启抢占

sched_preempt_enable_no_resched();
if (need_resched())
		goto need_resched;

到此，进程的切换过程就完成了。
总结：
整个schedule的执行过程可以用下面的流程图表示：