深入解析Linux系統下的進程切換

 　　Linux內核下進程切換

　　Linux切換並沒有使用X86CPU的切換方法，Linux切換的實質就是cr3切換(內存空間切換，在switch_mm函數中)+ 寄存器切換(包括EIP，ESP等，均在switch_to函數中)。這裡我們講述下switch_to主流程：

　　1、 在switch_mm函數中將new_task->pgd設置到cr3寄存器中，實現頁表切換，由於每個進程3-4G的頁表映射機制完全一樣(從內核頁表中直接復制過來的)，故這裡雖然切換了pgd，但是並無影響，只是在任務回到用戶空 間中時，才會發生變化，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，這裡的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，現在被恢復了，2和3結合實現了從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，這裡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，其也是和現在的cur_task類似，1f地址被設置到new_task.task_struct.thread.eip中;

　　7、 隨後CPU跳轉到__switch_to函數中開始執行，注意這裡使用的是jmp，不是call，call會pusheip，而jmp不會，由於__switch_to是函數，當CPU執行完該函數後，最後一條指令必然為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執行完畢後，CPU將從eip處繼續執行，也就是從1f處繼續執行;

　　8、 此時已經在new_task的執行環境中了，pop ebp, pop edi, popesi，回到schedule函數中，當返回用戶空間中時，由於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得以順利執行。

　　Linux 前後台進程切換

　　當你用shell啟動一個程序時，往往他是在前台工作的。 例如經常用PUTTY連接到遠程服務器執行腳本的時候，如果本地網絡中斷後，這個時候前台進程就結束了，比較的懊惱，必須重新執行。因此有必要進行前後台進程的切換。

　　例如直接在終端裡輸入firefox，那麼會打開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。

　　你可以在執行時後面加一個&，這樣就在後台工作了。Shell支持作用控制，有以下命令：

　　(1). command &讓進程在後台運行

　　(2). jobs –l 查看後台運行的進程

　　(3). fg %n 讓後台運行的進程n到前台來

　　(4). bg %n 讓進程n到後台去;

　　PS："n"為jobs查看到的進程編號。

　　1、執行命令&切換至後台

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

　　代碼如下:

　　root@Ubuntu$ ./tcpserv01&

　　2、切換正在運行的程序到後台

　　如果程序正在前台運行，可以使用Ctrl+z 選項把程序暫停，然後用 bg %[number]命令把這個程序放到後台運行，這個步驟分為3步，如下：

　　2.1暫停程序運行CTRL+Z

　　ctrl + z跟系統任務有關的，ctrl + z可以將一個正在前台執行的命令放到後台，並且暫停。

　　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行的jobs。

　　代碼如下:

　　[oracle@linuxidc ~]$ jobs -l

　　[1]+ 4524Stopped ins.sh

　　jobs命令執行的結果，+表示是一個當前的作業，減號表是是當前作業之後的一個作業。

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

　　2.3切換程序至後台

　　bg將一個在後台暫停的命令，變成繼續執行如果後台中有多個命令，可以用bg %jobnumber將選中的命令調出.

　　代碼如下:

　　[oracle@linuxidc ~]$ bg %1

　　[oracle@linuxidc ~]$ jobs -l

　　[1]+ 4524Running ins.sh

　　2.4切換程序至前台

　　也可以用 fg %[number]指令把一個程序掉到前台運行

　　代碼如下:

　　[oracle@linuxidc ~]$ fg %1

　　./tcpserv01

　　2.5終止後台程序

　　也可以直接終止後台運行的程序，使用 kill 命令

　　代碼如下:

　　[oracle@linuxidc ~]$ kill %1

　　但是如果任務被終止了(kill)，shell 從當前的shell環境已知的列表中刪除任務的進程標識;也就是說，jobs命令顯示的是當前shell環境中所起的後台正在運行或者被掛起的任務信息。