本文主要分析 Linux 5.4.34 版本內(nèi)核中進程切換的基本操作與基本代碼框架。
一、進程切換的工作機制
在實際的代碼中，每個進程切換基本都由兩個步驟組成，即切換頁全局目錄以安裝一個新的地址空間以及切換內(nèi)核態(tài)堆棧和進程cpu上下文。
具體的代碼走向如下：schedule()函數(shù)選擇一個新的進程來運行，并調(diào)用context_switch進行上下文的切換。context_switch首先調(diào)用switch_mm切換CR3，然后調(diào)用宏switch_to來進行CPU上下文切換。
content_switch 函數(shù)位于 Linux 內(nèi)核源碼目錄的 kernel/sched/core.c 中，代碼如下：
content_switch 函數(shù)有三個參數(shù)：rq、prev、next，其中 rq 指向本次進程切換發(fā)生的 進程就緒隊列；prev 和 next 分別指向切換前后進程的進程描述符。下面我們來分析一下具體的執(zhí)行過程。
看代碼可知，首先執(zhí)行的是prepare_task_switch函數(shù)，該函數(shù)需要在進程切換之前調(diào)用，內(nèi)核會執(zhí)行與體系結(jié)構(gòu)相關(guān)的一些調(diào)測指令。上下文切換完成后，必須調(diào)用 finish_task_switch，即這兩個函數(shù)一定是要成對出現(xiàn)的。
然后是arch_start_context_switch()函數(shù)，該函數(shù)給各個體系結(jié)構(gòu)專有的開始上下文切換的工作提供了入口，在不同的體系結(jié)構(gòu)中其實現(xiàn)是不同的。
在本函數(shù)的主體部分（上述if-else部分）實現(xiàn)了進程地址空間切換過程，這里prev是進程切換之前的進程，next是進程切換后要執(zhí)行的進程，mm是進程的地址空間描述符。
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這里首先判斷next進程mm是否為空，如果為空的話，說明是內(nèi)核級線程（否則就是用戶進程），如果是內(nèi)核級線程的話需要調(diào)用enter_lazy_tlb，標(biāo)記cpu內(nèi)核進入了lazy tlb mode（這里查閱了資料應(yīng)該是為了減少切換上下文時不必要的TLB更新，CPU進入該模式后不對TLB進行更新）。然后地址空間不用更改，如果之前的是用戶進程，則引用計數(shù)增加1個，如果之前的進程是內(nèi)核級線程，則需要把原來的進程的active_mm清空，結(jié)束對mm_struct的借用。
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如果next->mm不為空，即要切換到的進程為用戶進程。首先調(diào)用membarrier_switch_mm函數(shù)來建立了一個內(nèi)存屏障，來保證上一個進程訪問其內(nèi)存空間與下一個進程訪問內(nèi)存空間之前的一個先后順序（其實就是一個進程同步），避免在訪存時出現(xiàn)訪存錯誤；然后是執(zhí)行switch_mm_irqs_off函數(shù)，即真正切換 mm_struct；最后如果切換前的進程是內(nèi)核進程，則需要設(shè)置一些東西來用于后續(xù)清除引用計數(shù)。
最后面就是switch_to函數(shù)，即切換寄存器狀態(tài)和棧，switch_to會進一步調(diào)用__switch_to_asm，而 __switch_to_asm 的實現(xiàn)是和體系結(jié)構(gòu)強相關(guān)的。
二、sp和ip在不同體系及結(jié)構(gòu)下匯編代碼的切換方法
__switch_to_asm是在C代碼中調(diào)用的，也就是使用call指令，而這段匯編的結(jié)尾是jmp __switch_to，__switch_to函數(shù)是C代碼最后有個return，也就是ret指令。 將__switch_to_asm和__switch_to結(jié)合起來，正好是call指令和ret指令的配對出現(xiàn)。 call指令壓棧RIP寄存器到進程切換前的prev進程內(nèi)核堆棧；而ret指令出棧存入RIP寄存器的是進程切換之后的next進程的內(nèi)核堆棧棧頂數(shù)據(jù).
然后下面是arm64下的代碼
文章來源：http://www.zghlxwxcb.cn/news/detail-454045.html
arm64 也沒有顯式保存和恢復(fù)程序計數(shù)器 PC 的值，這和 x86_64 的處理方法是大同小異的，也是通過函數(shù)調(diào)用堆棧的特性來巧妙解決這一問題。文章來源地址http://www.zghlxwxcb.cn/news/detail-454045.html
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