linux内核中的 schedule()+switch_to() 函数实际上是如何工作的？

Question

我试图了解 linux 内核中的调度过程实际上是如何工作的。我的问题与调度算法无关。它是关于函数schedule() 和switch_to() 的工作原理。

我会尽力解释。我看到了：

当进程用完时间片时，need_resched 标志由scheduler_tick() 设置。内核检查该标志，发现它已设置，并调用schedule()（与问题1 相关）切换到新进程。这个标志是一个消息，应该尽快调用调度，因为另一个进程应该运行。 返回用户空间或从中断返回时，检查need_resched 标志。如果已设置，内核会在继续之前调用调度程序。

查看内核源码（linux-2.6.10-《Linux内核开发，第二版》一书所基于的版本），我也看到有些代码可以主动调用schedule()函数，给另一个进程运行的权利。 我看到函数switch_to() 是实际执行上下文切换的函数。我查看了一些依赖于架构的代码，试图了解 switch_to() 实际在做什么。

这种行为引发了一些我无法找到答案的问题：

1. 当switch_to()结束时，当前运行的进程是什么？调用schedule()的进程？还是下一个流程，即被选中运行的流程？

2. 当schedule() 被中断调用时，要运行的选定进程在中断处理完成时开始运行（在某种 RTE 之后）？还是在那之前？

3. 如果不能从中断调用schedule()函数，标志-need_resched何时设置？

4. 当定时器中断处理程序工作时，正在使用什么堆栈？

我不知道我是否可以说清楚。如果我不能，我希望我能在一些答案（或问题）之后做到这一点。 我已经查看了几个试图理解该过程的来源。我有《Linux Kernel Development, sec ed》一书，我也在使用它。 如果这有助于解释，我对 MIP 和 H8300 架构有所了解。

Answer 1

1. 在调用switch_to() 之后，内核堆栈切换到next 中命名的任务的堆栈。更改地址空间等在例如context_switch(). 中处理
2. schedule() 不能在原子上下文中调用，包括从中断中调用（请参阅schedule_debug() 中的检查）。如果需要重新安排，则设置 TIF_NEED_RESCHED 任务标志，在 interrupt return path 中进行检查。
3. 见 2。
4. 我相信，使用默认的 8K 堆栈，中断是由当前正在执行的任何内核堆栈处理的。如果使用 4K 堆栈，我相信会有一个单独的中断堆栈（由于某些 x86 魔法而自动加载），但我并不完全确定这一点。

为了更详细一点，这里有一个实际的例子：

1. 发生中断。 CPU 切换到一个中断蹦床例程，它将中断号压入堆栈，然后 jmps 到common_interrupt
2. common_interrupt 调用do_IRQ，其中disables preemption 然后handles the IRQ
3. 在某个时候，会做出切换任务的决定。这可能来自定时器中断或唤醒呼叫。无论哪种情况，都会调用 set_task_need_resched，设置 TIF_NEED_RESCHED 任务标志。
4. 最终，CPU 从原始中断中的 do_IRQ 返回，并继续执行 IRQ exit path. 如果此 IRQ 是从内核中调用的，则它是 checks whether TIF_NEED_RESCHED is set，如果是，则调用 preempt_schedule_irq，它会短暂启用中断，同时执行schedule()。
5. 如果 IRQ 是从用户空间调用的，我们在返回之前首先 check whether there's anything that needs doing。如果是这样，我们转到retint_careful，它会检查挂起的重新调度（并在需要时直接调用schedule()）以及检查挂起的信号，然后返回retint_check 进行另一轮直到没有更重要的标志设置。
6. 最后，我们restore GS and return from the interrupt handler。

至于switch_to(); switch_to()（在 x86-32 上）的作用是：

1. 保存 EIP（指令指针）和 ESP（堆栈指针）的当前值，以供我们稍后返回此任务时使用。
2. 切换current_task的值。此时，current 现在指向新任务。
3. 切换到新堆栈，然后将我们要切换到的任务保存的 EIP 推送到堆栈上。稍后会进行返回，使用这个EIP作为返回地址；这就是它如何跳回以前称为 switch_to() 的旧代码
4. 致电__switch_to()。此时，current 指向新任务，我们在新任务的堆栈上，但其他各种 CPU 状态尚未更新。 __switch_to() 处理切换诸如 FPU、段描述符、调试寄存器等的状态。
5. 从__switch_to() 返回时，将返回switch_to() 手动压入堆栈的返回地址，将执行置于新任务中switch_to() 之前的位置。切换到的任务现在已完全恢复执行。

x86-64 非常相似，但由于 ABI 不同，必须做更多的状态保存/恢复。