Linux0.11kernel目录进程管理sched.c详解

sched.c主要功能是负责进程的调度&＃xff0c;其最核心的函数就是schedule。除schedule以外&＃xff0c; sleep_on和wake_up也是相对重要的函数。

schedule

void schedule(void)


schedule函数的基本功能可以分为两大块&＃xff0c; 第一块是检查task中的报警信息和信号&＃xff0c; 第二块则是进行任务的调度。

在第一块中&＃xff0c;首先从任务数组的尾部任务开始&＃xff0c;检查alarm是否小于当前系统滴答值&＃xff0c;如果小于则代表alarm时间已经到期。将进程的signal中的SIGALARM位置1。

接着就看如果检查进程的信号中如果处理BLOCK位以外还有别的信号&＃xff0c;并且如果任务处于可中断状态&＃xff0c;则将任务置为就绪状态。

int i,next,c;
struct task_struct ** p;for(p &＃61; &LAST_TASK ; p > &FIRST_TASK ; --p)if (*p) {if ((*p)->alarm && (*p)->alarm < jiffies) { //如果设置了任务定时的值alarm&＃xff0c; 并且已经过期(*p)->signal |&＃61; (1<<(SIGALRM-1)); //将信号的SIGALARM位置为1(*p)->alarm &＃61; 0;}if (((*p)->signal & ~(_BLOCKABLE & (*p)->blocked)) &&(*p)->state&＃61;&＃61;TASK_INTERRUPTIBLE)//如果信号位图中除了被阻塞的信号外还有其他信号&＃xff0c; 并且任务处于可中断状态(*p)->state&＃61;TASK_RUNNING; //修改任务的状态为就绪态}


第二块的代码就是任务调度的核心代码。

这里会从任务数组的尾部任务开始进行遍历&＃xff0c;从所有任务从选取counter值最大的任务作为下一个运行的任务去执行。

while (1) {c &＃61; -1;next &＃61; 0;i &＃61; NR_TASKS;p &＃61; &task[NR_TASKS];//从最后一个任务开始while (--i) { //遍历所有的task&＃xff0c; 取出其中counter最大的taskif (!*--p)continue;if ((*p)->state &＃61;&＃61; TASK_RUNNING && (*p)->counter > c)//取出所有任务中counter值最大的任务作为下一个任务c &＃61; (*p)->counter, next &＃61; i;}if (c) break;//如果当前没有RUNNING状态的任务的counter可以大于-1&＃xff0c;那么则去更新counter的值&＃xff0c;counter &＃61; counter/2 &＃43; priorityfor(p &＃61; &LAST_TASK ; p > &FIRST_TASK ; --p)if (*p)(*p)->counter &＃61; ((*p)->counter >> 1) &＃43;(*p)->priority;//更新counter值 counter &＃61; counter/2 &＃43; priority
}
//切换任务执行next
switch_to(next);


show_task

void show_task(int nr,struct task_struct * p)


该函数的作用是显示任务序号为nr的进程的pid&＃xff0c;进程状态以及内核栈剩余的大小。

int i,j &＃61; 4096-sizeof(struct task_struct);printk("%d: pid&＃61;%d, state&＃61;%d, ",nr,p->pid,p->state);
i&＃61;0;


此时j指向PCB所在内存页的顶部&＃xff0c; i指向task_struct结构体的下一个字节。下面这段代码的所用实际就是统计内核栈中空闲大小。

while (i<j && !((char *)(p&＃43;1))[i])i&＃43;&＃43;;
printk("%d (of %d) chars free in kernel stack\n\r",i,j);


show_stat

void show_stat(void)


该函数内部调用show_task函数&＃xff0c;实际上就是遍历task数组&＃xff0c; 调用show_stat函数显示进程相关信息。

int i;for (i&＃61;0;i<NR_TASKS;i&＃43;&＃43;)//遍历task数组if (task[i])show_task(i,task[i]);//调用show_task


math_state_restore

void math_state_restore()


该函数的作用是将当前协处理器内容保存到老协处理器状态数组中&＃xff0c;并将当前任务的协处理器内容加载进协处理器。

sys_pause

int sys_pause(void)


该函数是pause的系统调用。该函数会将当前任务的状态修改为可中断的状态&＃xff0c; 并调用schedule函数去进行进程的调度。

调用pause函数的进程会进入睡眠状态&＃xff0c; 直到收到一个信号。

current->state &＃61; TASK_INTERRUPTIBLE;
schedule();


sleep_on

void sleep_on(struct task_struct **p)


该函数的作用是将当前的task置为不可中断的等待状态&＃xff0c; 直到被wake_up唤醒再继续执行。入参p是等待任务队列的头指针。通过p指针和tmp变量将等待的任务串在了一起。

该函数首先对一些异常情况进行了处理他&＃xff0c; 例如p是空指针。或者当前task是任务0。

struct task_struct *tmp;// 若指针无效&＃xff0c;则退出。&＃xff08;指针所指的对象可以是NULL&＃xff0c;但指针本身不会为0)。
if (!p)return;
if (current &＃61;&＃61; &(init_task.task)) // 如果当前任务是任务0&＃xff0c;则死机(impossible!)。panic ("task[0] trying to sleep");


接着让当前等待任务的头指针指向当前任务。并将当前任务修改为不可中断的等待状态。进行调用schedule函数让操作系统切换其他任务执行。

tmp &＃61; *p;
*p &＃61; current;
current->state &＃61; TASK_UNINTERRUPTIBLE;
schedule();


当程序从schedule()返回继续执行时&＃xff0c;说明任务已经被显式的wake_up&＃xff0c;如果此时还有其他进程仍然在等待&＃xff0c;那么也一同唤醒。

因为任务都在等待同样的资源&＃xff0c; 那么当资源可用的时候&＃xff0c; 就可以唤醒所有等待的任务。

if (tmp) // 若还存在等待的任务&＃xff0c;则也将其置为就绪状态&＃xff08;唤醒&＃xff09;。tmp->state &＃61; 0;


interruptible_sleep_on

void interruptible_sleep_on (struct task_struct **p)


该函数与sleep_on类似&＃xff0c;但是该函数会将任务的状态修改为可中断的等待状态&＃xff0c; 而sleep_on则是将任务修改为不可中断的等待状态。因此通过interruptible_sleep_on而等待的task是可以被信号唤醒的。 而通过sleep_on而等待的task是不会被信号唤醒的&＃xff0c;只能通过wake_up函数唤醒。

下面这段代码与sleep_on并无太大区别&＃xff0c; 只是将进程的状态修改为可中断的等待状态。

struct task_struct *tmp;if (!p)return;if (current &＃61;&＃61; &(init_task.task))panic ("task[0] trying to sleep");tmp &＃61; *p;*p &＃61; current;
repeat:current->state &＃61; TASK_INTERRUPTIBLE;schedule ();


由于任务是可以被信号唤醒的&＃xff0c;因此下面需要判断唤醒的任务是否是等待任务队列的头节点。如果不是则需要等待其他任务。

if (*p && *p !&＃61; current)
{(**p).state &＃61; 0;goto repeat;
}


下面一句代码有误&＃xff0c;应该是*p &＃61; tmp&＃xff0c;让队列头指针指向其余等待任务&＃xff0c;否则在当前任务之前插入
等待队列的任务均被抹掉了

*p &＃61; NULL;
if (tmp)tmp->state &＃61; 0;


wake_up

void wake_up(struct task_struct **p)


该函数的作用就是唤醒某一个任务。其用于唤醒p指向的等待队列中的任务。

if (p && *p)
{(**p).state &＃61; 0; // 置为就绪&＃xff08;可运行&＃xff09;状态。*p &＃61; NULL;
}


ticks_to_floppy_on

int ticks_to_floppy_on(unsigned int nr)


该函数指定软盘到正常运转状态所需延迟滴答数&＃xff08;时间&＃xff09;。

floppy_on

void floppy_on(unsigned int nr)


该函数等待指定软驱马达启动所需时间。

floppy_off

void floppy_off(unsigned int nr)


关闭相应的软驱马达停转定时器3s。

moff_timer[nr]&＃61;3*HZ;


do_floppy_timer

void do_floppy_timer(void)


如果马达启动定时到则唤醒进程。

if (mon_timer[i]) {if (!--mon_timer[i])wake_up(i&＃43;wait_motor);


如果马达停转定时到期则复位相应马达启动位&＃xff0c;并更新数字输出到寄存器。

else if (!moff_timer[i]) {current_DOR &&＃61; ~mask;outb(current_DOR,FD_DOR);


add_timer

add_timer(long jiffies, void (*fn)(void))
&＃96;&＃96;&＃96;、
该函数的作用是设置定时值和相应的处理函数。如果定时的值小于0&＃xff0c; 那么立即调用处理函数。
&＃96;&＃96;&＃96;c
if (jiffies <&＃61; 0)(fn)();


如果定时的值大于0&＃xff0c; 那么首先取timer_list数组中寻找一个位置&＃xff0c;将该位置上的滴答数设置为jiffies&＃xff0c;将该位置上的fn设置为入参fn。并让next_timer指向它。

for (p &＃61; timer_list ; p < timer_list &＃43; TIME_REQUESTS ; p&＃43;&＃43;)if (!p->fn)break;
if (p >&＃61; timer_list &＃43; TIME_REQUESTS)panic("No more time requests free");
p->fn &＃61; fn;
p->jiffies &＃61; jiffies;
p->next &＃61; next_timer;
next_timer &＃61; p;


下面这段代码的作用是将刚刚插入链表中的timer移动的合适的位置。

由于next_timer这个链表上的jiffies是一个相对值&＃xff0c;即相对于前面一个timer还有多久到期。因此上面步骤的timer也需要进行转换。

while (p->next && p->next->jiffies < p->jiffies) {p->jiffies -&＃61; p->next->jiffies;//减去下一个timer的jiffiesfn &＃61; p->fn;//将当前的fn保存给临时变量p->fn &＃61; p->next->fn;//将当前的fn设置为下一个timer的fnp->next->fn &＃61; fn;//将下一个timer的fn设置为临时变量fnjiffies &＃61; p->jiffies;//将jiffies保存给一个临时变量p->jiffies &＃61; p->next->jiffies;//将当前的jiffies设置为下一个timer的jiffiesp->next->jiffies &＃61; jiffies;//将下一个timer的jiffies设置为当前的jiffiesp &＃61; p->next;//这一步骤实际上将p向后挪动到合适的位置&＃xff0c; 并把jiffies转化成相对值。
}


do_timer

void do_timer(long cpl)


该函数是时钟中断的处理函数。其在system_call.s中的timer_interrupt函数中被调用。

参数cpl表示的是当前的特权级&＃xff0c; 0表示时钟中断发生时&＃xff0c;当前运行在内核态&＃xff0c;3表示时钟中断发生时&＃xff0c;当前运行在用户态。

下面的代码根据cpl的值将进程PCB中的utime和stime进行修改。如果cpl为0&＃xff0c;则增加stime(supervisor time)&＃xff0c; 如果cpl为3&＃xff0c; 则增加utime。

if (cpl)current->utime&＃43;&＃43;;
elsecurrent->stime&＃43;&＃43;;


下面对定时器的链表进行遍历。 将链表的第一个定时器的滴答数减1。如果滴答数已经等于0&＃xff0c; 代表该定时器已经到期&＃xff0c;那么需要调用相应的处理程序进行处理。

if (next_timer) {next_timer->jiffies--;while (next_timer && next_timer->jiffies <&＃61; 0) {void (*fn)(void);fn &＃61; next_timer->fn;next_timer->fn &＃61; NULL;next_timer &＃61; next_timer->next;(fn)();}
}


下面代码则是将当前运行的进程的时间片减去1&＃xff0c;如果此时进程时间片没有用完&＃xff0c;该函数则返回。 如果此时进程时间已经用完&＃xff0c;则将时间片设置为0。并且如果此时cpl表明中断发生用户态&＃xff0c;那么还将会触发进程的调度。

if ((--current->counter)>0) return;
current->counter&＃61;0;


sys_alarm

int sys_alarm(long seconds)


该函数用于设置报警值。

jiffies是指的是系统开机到目前经历的滴答数。

current->alarm的单位也是系统滴答数。

因此(current->alarm - jiffies) /100 就代表就是当前的定时器还剩下多少秒。

而设置alarm值则需要加上系统当前的滴答数据jiffies&＃xff0c; 如下图所示:

sys_getpid

int sys_getpid(void)


该函数用于获取进程的pid。

sys_getppid

int sys_getppid(void)


该函数用于获取父进程的pid。

sys_getuid

int sys_getuid(void)


该函数用于获取用户的uid。

sys_geteuid

int sys_geteuid(void)


该函数用于获取用户的有效id(euid)。

sys_getgid

int sys_getgid(void)


获取组和id号(gid)。

sys_getegid

int sys_getegid(void)


取有效的组id(egid)

sys_nice

int sys_nice(long increment)


该函数的作用是降低进程在调度时的优先级。

sched_init

void sched_init(void)


该函数的作用是初始化进程调度模块。

首先在gdt表中设置任务0的tss和ldt值。接着对其他任务的tss和ldt进行初始化。

set_tss_desc(gdt&＃43;FIRST_TSS_ENTRY,&(init_task.task.tss));
set_ldt_desc(gdt&＃43;FIRST_LDT_ENTRY,&(init_task.task.ldt));
p &＃61; gdt&＃43;2&＃43;FIRST_TSS_ENTRY;
for(i&＃61;1;i<NR_TASKS;i&＃43;&＃43;) {task[i] &＃61; NULL;p->a&＃61;p->b&＃61;0;p&＃43;&＃43;;p->a&＃61;p->b&＃61;0;p&＃43;&＃43;;
}


显式地将任务0的tss加载到寄存器tr中&＃xff0c; 显式地将任务0的ldt加载到ldtr中。

ltr(0);
lldt(0);


下面的代码用于初始化8253定时器。通道0&＃xff0c;选择工作方式3&＃xff0c;二进制计数方式。

outb_p(0x36,0x43); /* binary, mode 3, LSB/MSB, ch 0 */
outb_p(LATCH & 0xff , 0x40); /* LSB */
outb(LATCH >> 8 , 0x40); /* MSB */


设置时钟中断处理程序的处理函数&＃xff0c; 设置系统调用的中断处理函数。

set_intr_gate(0x20,&timer_interrupt);
outb(inb_p(0x21)&~0x01,0x21);
set_system_gate(0x80,&system_call);