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深入解析Linux系統(tǒng)下的進程切換

來源:技術(shù)員聯(lián)盟┆發(fā)布時間:2018-02-12 06:35┆點擊:

  Linux內(nèi)核下進程切換

  Linux切換并沒有使用X86CPU的切換方法,Linux切換的實質(zhì)就是cr3切換(內(nèi)存空間切換,在switch_mm函數(shù)中)+ 寄存器切換(包括EIP,ESP等,均在switch_to函數(shù)中)。這里我們講述下switch_to主流程:

  1、 在switch_mm函數(shù)中將new_task->pgd設置到cr3寄存器中,實現(xiàn)頁表切換,由于每個進程3-4G的頁表映射機制完全一樣(從內(nèi)核頁表中直接復制過來的),故這里雖然切換了pgd,但是并無影響,只是在任務回到用戶空 間中時,才會發(fā)生變化,因為每個任務在0-3G中的頁表映射都是各自獨立的;

  2、 壓入esi edi ebp到cur_task堆棧中;

  3、 將esp寄存器中的值保存到cur_task.task_struct.thread.esp中,也就是將cur_task切換時的堆棧指針保存起來;

  4、 將new_task.task_struct.thread.esp中的值設置到esp寄存器中,這里的new_task.task_struct.thread.esp中的值就是new_task上一次被換出時的堆棧指針,現(xiàn)在被恢復了,2和3結(jié)合實現(xiàn)了從cur_task到new_task的堆棧切換;

  5、 將1f地址設置到cur_task.task_struct.thread.eip中,當下次cur_task恢復運行時,將會從1f處開始運行,下面闡述了這種原理;

  6、 將new_task.task_struct.thread.eip壓入到new_task的堆棧中,這里new_task.task_struct.thread.eip的值就是1f,因為從4中可知,new_task上一次被換出時,其也是和現(xiàn)在的cur_task類似,1f地址被設置到new_task.task_struct.thread.eip中;

  7、 隨后CPU跳轉(zhuǎn)到__switch_to函數(shù)中開始執(zhí)行,注意這里使用的是jmp,不是call,call會pusheip,而jmp不會,由于__switch_to是函數(shù),當CPU執(zhí)行完該函數(shù)后,最后一條指令必然為iret,該指令會popeip,從5中可以知道,此時new_task堆棧中的鏡像為[......., esi,edi,ebp,eip(&1f)],故popeip將值eip(&1f)設置到eip寄存器中,這樣當iret執(zhí)行完畢后,CPU將從eip處繼續(xù)執(zhí)行,也就是從1f處繼續(xù)執(zhí)行;

  8、 此時已經(jīng)在new_task的執(zhí)行環(huán)境中了,pop ebp, pop edi, popesi,回到schedule函數(shù)中,當返回用戶空間中時,由于new_task用戶空間的eip,ss,esp等均被從new_task的堆棧中彈出到對應寄存器中,從而new_task得以順利執(zhí)行。

  Linux 前后臺進程切換

  當你用shell啟動一個程序時,往往他是在前臺工作的。 例如經(jīng)常用PUTTY連接到遠程服務器執(zhí)行腳本的時候,如果本地網(wǎng)絡中斷后,這個時候前臺進程就結(jié)束了,比較的懊惱,必須重新執(zhí)行。因此有必要進行前后臺進程的切換。

  例如直接在終端里輸入firefox,那么會打開firefox,但當你關閉此終端或者ctrl+c強制終止時,firefox也隨機關閉了。

  你可以在執(zhí)行時后面加一個&,這樣就在后臺工作了。Shell支持作用控制,有以下命令:

  (1). command &讓進程在后臺運行

  (2). jobs –l 查看后臺運行的進程

  (3). fg %n 讓后臺運行的進程n到前臺來

  (4). bg %n 讓進程n到后臺去;

  PS:"n"為jobs查看到的進程編號。

  1、執(zhí)行命令&切換至后臺

  在Linux終端運行命令的時候,在命令末尾加上&符號,就可以讓程序在后臺運行

  代碼如下:

  root@Ubuntu$ ./tcpserv01&

  2、切換正在運行的程序到后臺

  如果程序正在前臺運行,可以使用Ctrl+z 選項把程序暫停,然后用 bg %[number]命令把這個程序放到后臺運行,這個步驟分為3步,如下:

  2.1暫停程序運行CTRL+Z

  ctrl + z跟系統(tǒng)任務有關的,ctrl + z可以將一個正在前臺執(zhí)行的命令放到后臺,并且暫停。

  代碼如下:

  [Oracle@linuxidc ~]$ sh ins.sh

  [1]+Stopped ins.sh

  2.2查看暫停的程序

  察看jobs使用jobs或ps命令可以察看正在執(zhí)行的jobs。

  代碼如下:

  [oracle@linuxidc ~]$ jobs -l

  [1]+ 4524Stopped ins.sh

  jobs命令執(zhí)行的結(jié)果,+表示是一個當前的作業(yè),減號表是是當前作業(yè)之后的一個作業(yè)。

  jobs -l選項可顯示所有任務的PID,jobs的狀態(tài)可以是running, stopped,Terminated

  2.3切換程序至后臺

  bg將一個在后臺暫停的命令,變成繼續(xù)執(zhí)行如果后臺中有多個命令,可以用bg %jobnumber將選中的命令調(diào)出.

  代碼如下:

  [oracle@linuxidc ~]$ bg %1

  [oracle@linuxidc ~]$ jobs -l

  [1]+ 4524Running ins.sh

  2.4切換程序至前臺

  也可以用 fg %[number]指令把一個程序掉到前臺運行

  代碼如下:

  [oracle@linuxidc ~]$ fg %1

  ./tcpserv01

  2.5終止后臺程序

  也可以直接終止后臺運行的程序,使用 kill 命令

  代碼如下:

  [oracle@linuxidc ~]$ kill %1