Linux內核的schedule（）+ switch_to（）函數是如何工作的？

Question

我想了解如何在Linux內核的計劃進程實際工作。我的問題不是關於調度算法。它關於功能schedule()和switch_to()是如何工作的。

我會盡力解釋。我看到：

當進程用完時間片時，標記need_resched由scheduler_tick()設置。內核檢查標誌，看到它已設置，並調用schedule()（與問題1相關）切換到新進程。該標誌是應該儘快調用調度的消息，因爲另一個進程值得運行。 返回到用戶空間或從中斷返回時，將檢查need_resched標誌。如果已設置，則內核在繼續之前調用調度程序。看看內核源代碼（linux-2.6.10-「Linux Kernel Development，第二版」所基於的版本），我還看到有些代碼可以自動調用schedule()函數，給出另一個進程運行權。 我看到函數switch_to()是實際進行上下文切換的函數。我研究了一些依賴於架構的代碼，試圖瞭解switch_to()實際上在做什麼。

這種行爲提出了一些問題，我無法找到答案：

1. 當switch_to()結束，什麼是當前正在運行的進程？這個過程叫做schedule()？或者下一個過程，即被選中運行的過程？

2. 當schedule()被中斷調用時，當中斷處理完成時（在某種RTE之後），選擇的進程運行開始運行？或之前？

3. 如果schedule()函數不能從中斷中調用，何時設置了flag-need_resched？

4. 當定時器中斷處理程序正在工作時，正在使用什麼堆棧？

我不知道我是否可以說清楚。如果我不能，我希望我能在回答（或問題）後做到這一點。 我已經看了幾個試圖瞭解這個過程的來源。我有這本書「Linux Kernel Development，sec ed」，我也在使用它。 我知道一些關於MIP和H8300架構，如果有幫助解釋。

Answer 1

1. 調用switch_to()後，內核堆棧被切換到在next命名的任務。更改地址空間等在context_switch().中處理
2. schedule()不能在原子上下文中調用，包括來自中斷（請參閱schedule_debug()中的檢查）。如果需要重新計劃，則設置TIF_NEED_RESCHED任務標誌，在interrupt return path中檢查該標誌。
3. 請參閱2.
4. 我相信，使用默認的8K堆棧，中斷將使用當前正在執行的任何內核堆棧進行處理。如果使用4K堆棧，我相信有一個單獨的中斷堆棧（自動加載感謝一些x86魔法），但我不完全確定這一點。

更詳細一點，這裏有一個實際的例子：

1. 中斷髮生。 CPU切換到一箇中斷例行蹦牀，其推動中斷號壓入堆棧，然後JMPS到common_interrupt
2. common_interrupt調用do_IRQ，其disables preemption然後handles the IRQ
3. 在某一時刻，作出決定以切換任務。這可能來自定時器中斷或來自喚醒呼叫。無論哪種情況，都會調用set_task_need_resched，並設置TIF_NEED_RESCHED任務標誌。
4. 最後，從do_IRQ原中斷的CPU的回報，並前進到IRQ exit path.如果該IRQ從內核中調用，它checks whether TIF_NEED_RESCHED is set，如果有來電preempt_schedule_irq，其中簡要能中斷在執行schedule()。
5. 如果從用戶空間調用IRQ，我們首先在check whether there's anything that needs doing之前返回。如果是這樣，我們去retint_careful，它檢查兩個待處理的重新計劃（如果需要，直接調用schedule()）以及檢查待處理的信號，然後返回到retint_check的另一輪，直到沒有更重要的標誌設置爲止。
6. 最後，我們restore GS and return from the interrupt handler。

至於switch_to();什麼switch_to()（上X86-32）的作用是：

1. 保存EIP（指令指針）和ESP（堆棧指針）的因爲當我們在某個時候回到這個任務後的當前值。
2. 切換值current_task。此時，current現在指向新任務。
3. 切換到新堆棧，然後將由我們切換的任務保存的EIP推入堆棧。之後，將使用此EIP作爲退貨地址執行退貨;這是它如何跳回到之前稱爲的舊代碼switch_to()
4. 請致電__switch_to()。此時，current指向新任務，並且我們處於新任務的堆棧中，但其他各種CPU狀態尚未更新。 __switch_to()處理切換像FPU，段描述符，調試寄存器等事物的狀態。
5. 從__switch_to()返回後，switch_to()手動推入堆棧的返回地址返回，將執行放回到之前的位置switch_to()在新任務中。切換任務現在已完全恢復執行。

x86-64非常相似，但由於ABI不同，必須稍微進行更多的狀態保存/恢復。