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《Linux内核分析》MOOC课程http://mooc.study.163.com/course/USTC-10000
背景知识
一般程序运行过程中都会发生中断，发生中断时，CPU先把当前的内容保存，然后执行中断程序，中断返回时，根据保存的内容恢复现场。这次实验用一个简单的时间片轮转程序分析进程调度的过程。
实验过程
使用实验楼的虚拟机操作，实验代码在mykernel中找，包括3个c文件，mypcb.h,mymain.c,myinterrupt.c。
打开实验楼的shell，修改mykernel文件夹中的三个文件，然后make
cd LinuxKernel/linux-3.9.4 cd mykernel vi mymain.c vi myinterrupt.c vi mypcb.h cd .. make allnoconfig make
运行结果的部分截图如下，可以看到此时进程3切换到进程0
代码分析
实验用到三个c文件， mypcb.h,mymain.c,myinterrupt.c。其中，
mypcb.h的主要功能：
1.PCB结构体
2.Thread结构体
3.声明了my_schedule函数，给mymian.c，myinterrupt.c使用。
mymain.c的主要功能：
1.my_start_kernel函数创建进程0，也是入口函数
2.复制进程
3.进程函数my_process，其中有my_schedule函数的调用
myinterrupt.c的主要功能：
1.my_timer_handler产生时钟中断
2.my_schedule切换进程
下面分析程序的执行过程
mypcb.h中设置MAX_TASK_NUM的值为4，也就是共有四个进程，分别为0,1,2,3.
程序从my_start_kernel开始执行，
int pid = 0;
int i;
/* Initialize process 0*/
task[pid].pid = pid;/*进程0*/
task[pid].state = 0;/* -1 unrunnable, 0 runnable, >0 stopped 进程0的初始状态为可运行 */
task[pid].task_entry = task[pid].thread.ip = (unsigned long)my_process;/*进程0的eip指向my_process*/
task[pid].thread.sp = (unsigned long)&task[pid].stack[KERNEL_STACK_SIZE-1];/*初始时sp指向分配给进程0的堆栈的最高地址*/
task[pid].next = &task[pid];/*初始进程0的下一个进程是进程0*/
然后复制了三个进程，注意
task[i].state = -1;/*进程1,2,3的初始状态不可执行*/
task[i].next = task[i-1].next;
task[i-1].next = &task[i];/* */
这两句代码设置了进程的切换方式，比如进程0切换到进程1，进程1切换到进程2。
/* start process 0 by task[0] */
pid = 0;
my_current_task = &task[pid];
asm volatile(
"movl %1,%%esp\n\t" /* set task[pid].thread.sp to esp */
"pushl %1\n\t" /* push ebp */
"pushl %0\n\t" /* push task[pid].thread.ip */
"ret\n\t" /* pop task[pid].thread.ip to eip */
"popl %%ebp\n\t"
:
: "c" (task[pid].thread.ip),"d" (task[pid].thread.sp) /* input c or d mean %ecx/%edx*/
);
现在执行的是进程0，这段代码是把esp指向分配给进程0的堆栈段的最高地址，把当前ebp入栈保存，eip指向task[pid].thread.ip，也就是my_process，开始执行my_process函数。这里ret执行以后，转到my_process函数，"popl %%ebp\n\t"这一句不执行。
if(i%10000000 == 0)
{
printk(KERN_NOTICE "this is process %d -\n",my_current_task->pid);
if(my_need_sched == 1)
{
my_need_sched = 0;/*置为0，不能进行进程调度，直到再次发生时钟中断置为1*/
my_schedule();
}
printk(KERN_NOTICE "this is process %d +\n",my_current_task->pid); }
结合my_timer_handler函数一起分析
if(time_count%1000 == 0 && my_need_sched != 1)
{
printk(KERN_NOTICE ">>>my_timer_handler here<<<\n");
my_need_sched = 1;/*置为1*/
}
初始my_need_sched值为0，my_timer_handler函数发生时钟中断时，置my_need_sched值为1，my_process函数中满足进程调度条件，调用my_schedule()。进程0的next是进程1，初始时，进程1,2,3的state均为-1，故执行else段。也就是说初次切换到进程1,2,3时都是先执行else段的代码。
else
{
next->state = 0;
my_current_task = next;
printk(KERN_NOTICE ">>>switch %d to %d<<<\n",prev->pid,next->pid);
/* switch to new process */
asm volatile(
"pushl %%ebp\n\t" /* save ebp */
"movl %%esp,%0\n\t" /* save esp */
"movl %2,%%esp\n\t" /* restore esp */
"movl %2,%%ebp\n\t" /* restore ebp */
"movl $1f,%1\n\t" /* save eip */
"pushl %3\n\t"
"ret\n\t" /* restore eip */
: "=m" (prev->thread.sp),"=m" (prev->thread.ip)
: "m" (next->thread.sp),"m" (next->thread.ip)
);
}
1.state：先把进程1的state置为0，下次切换到进程1的时候，就是执行if段。
2.ebp、esp：目前依然在进程0的堆栈中，先把进程0的ebp入栈保存，设置pre->thread.sp为进程0的当前esp，然后esp、ebp都指向进程1的esp，其被初始化为分配给进程1的堆栈的最高地址。ebp、esp值相同，因为进程1初次使用，堆栈为空。
3.eip：设置进程0的eip为$1f，用pre->thread.ip保存，表示if代码段1:处，即下次切换到进程0时，从1:处开始执行。eip指向eip指向进程1的eip，其被初始化为my_process。
这时即完成了进程0向进程1的切换。进程1切换进程2，进程2切换到进程3的执行过程与之类似。
当进程3切换到进程0时，由于进程0已经被执行过一次，其state为0，此时执行if代码段。
if(next->state == 0)/* -1 unrunnable, 0 runnable, >0 stopped */
{
/* switch to next process */
asm volatile(
"pushl %%ebp\n\t" /* save ebp */
"movl %%esp,%0\n\t" /* save esp */
"movl %2,%%esp\n\t" /* restore esp */
"movl $1f,%1\n\t" /* save eip */
"pushl %3\n\t"
"ret\n\t" /* restore eip */
"1:\t" /* next process start here */
"popl %%ebp\n\t"
: "=m" (prev->thread.sp),"=m" (prev->thread.ip)
: "m" (next->thread.sp),"m" (next->thread.ip)
);
my_current_task = next;
printk(KERN_NOTICE ">>>switch %d to %d<<<\n",prev->pid,next->pid);
}
这段代码与else段代码大体过程相同，就是保存进程3的ebp，esp，eip，然后对esp，eip重新赋值。不同的是：
1.if没有设置ebp的值，此时进程0的栈非空
2.if中设置的eip为进程0的eip，也就是执行到1：处，注意此时是已经转到了进程0的堆栈中。然后执行pop %%ebp，由于进程0的栈顶元素是进程0被中断时保存的ebp，此时进程0的堆栈情况和被中断时的堆栈情况一样。
继续执行下面的代码，是在进程0的堆栈中执行的。
程序继续运行，以后发生的进程切换执行的都是if段代码，和上述过程相同。
进程切换的执行过程可以表示为
另外可以看出，进程的next，prev是变化的，当前的prev进程，在以后的进程调度中，会变成next进程。