2021-2022-1 20212825《Linux内核原理与分析》第三周作业
操作系统是如何工作的
基础知识
1.计算机的三个法宝：存储程序计算机、函数调用堆栈机制、中断。
mykernel 实验
运行之后
接下来增加一个头文件mypcb.h
#define MAX_TASK_NUM 4
#define KERNEL_STACK_SIZE 1024*8
struct Thread {
unsigned long ip;
unsigned long sp;
};
typedef struct PCB{
int pid; //进程编号
volatile long state; //进程状态：-1 unrunnable, 0 runnable, >0 stopped
char stack[KERNEL_STACK_SIZE]; //内核堆栈
struct Thread thread;
unsigned long task_entry; //进程入口
struct PCB *next; //指向下一个进程的指针
}tPCB;
void my_schedule(void); //声明调度器函数
将mymain.c，myinterrupt.c文件修改
//mymain.c
tPCB task[MAX_TASK_NUM]; //进程数组
tPCB * my_current_task = NULL; //指向当前进程的指针
volatile int my_need_sched = 0; //是否需要调度
//初始化内核的各个组成部分
void __init my_start_kernel(void)
{
int pid = 0;
int i;
//初始化0号进程
task[pid].pid = pid;
task[pid].state = 0;/* -1 unrunnable, 0 runnable, >0 stopped */
task[pid].task_entry = task[pid].thread.ip = (unsigned long)my_process; //将my_process函数的起始地址作为进程入口
task[pid].thread.sp = (unsigned long)&task[pid].stack[KERNEL_STACK_SIZE-1]; //设置堆栈的栈顶指针
task[pid].next = &task[pid]; //将下一个进程也指向自身，因为系统刚启动时只有这一个进程
//初始化更多进程
for(i=1;i<MAX_TASK_NUM;i++)
{
memcpy(&task[i],&task[0],sizeof(tPCB)); //将0号进程的状态先复制给其它进程，再修改不一样的状态
task[i].pid = i;
task[i].state = -1;
task[i].thread.sp = (unsigned long)&task[i].stack[KERNEL_STACK_SIZE-1]; //设置各进程堆栈的栈顶指针
task[i].next = task[i-1].next;
task[i-1].next = &task[i]; //将新创建的进程加入到进程列表的尾部
}
//启动0号进程
pid = 0;
my_current_task = &task[pid]; //将0号进程设置为当前进程
//进程的启动机制
asm volatile(
"movq %1,%%rsp\n\t" //将该进程自身堆栈的sp赋给rsp
"pushq %1\n\t" //将rbp入栈，由于栈是空的，因此rsp就是rbp
"pushq %0\n\t" //将该进程ip入栈保存
"ret\n\t" //将该进程ip出栈赋给rip
"popq %%rbp\n\t" //将rbp出栈
:
: "c" (task[pid].thread.ip),"d" (task[pid].thread.sp) //c指%ecx，d指%edx，task[pid].thread.ip即为%0，task[pid].thread.sp即为%1
);
}
//添加my_process函数，模拟一个个进程
void my_process(void)
{
int i = 0;
while(1)
{
i++;
//每隔一段时间打印当前进程编号，并判断是否需要调度
if(i%10000000 == 0)
{
printk(KERN_NOTICE "this is process %d -\n",my_current_task->pid);
//判断是否需要调度，当需要调度时进行调度，并重置状态为不需要调度
if(my_need_sched == 1)
{
my_need_sched = 0;
my_schedule();
}
printk(KERN_NOTICE "this is process %d +\n",my_current_task->pid);
}
}
}
//myinterrupt.c
extern tPCB task[MAX_TASK_NUM]; //全局变量
extern tPCB * my_current_task; //全局变量
extern volatile int my_need_sched; //全局变量
volatile int time_count = 0; //时间计数
//使用my_timer_handler函数用来记录时间片，以便在进程运行过程中判断时间片是否用完，从而决定是否调度
void my_timer_handler(void)
{
//当时间片用完且显示不需要调度时，将状态置为需要调度
if(time_count%1000 == 0 && my_need_sched != 1)
{
printk(KERN_NOTICE ">>>my_timer_handler here<<<\n");
my_need_sched = 1;
}
time_count ++ ;
return;
}
//使用my_schedule函数具体执行调度过程
void my_schedule(void)
{
tPCB * next;
tPCB * prev;
//若当前进程或下一个进程不存在，退出调度过程
if(my_current_task == NULL || my_current_task->next == NULL)
{
return;
}
printk(KERN_NOTICE ">>>my_schedule<<<\n");
next = my_current_task->next; //将当前进程的下一个进程地址赋给next
prev = my_current_task; //将当前进程地址赋给prev
//满足条件时直接切换进程
if(next->state == 0)
{
my_current_task = next; //重新设置当前进程
printk(KERN_NOTICE ">>>switch %d to %d<<<\n",prev->pid,next->pid);
//进程上下文切换机制
asm volatile(
"pushq %%rbp\n\t" //将当前进程的rbp入栈保存
"movq %%rsp,%0\n\t" //将当前进程的rsp保存到该进程自身堆栈的sp中
"movq %2,%%rsp\n\t" //将下一个进程自身堆栈的sp放到当前进程的rsp中
"movq $1f,%1\n\t" //将当前进程的rip保存到该进程自身堆栈的ip中
"pushq %3\n\t" //将下一个进程自身堆栈的ip入栈保存
"ret\n\t" //将下一个进程自身堆栈的ip出栈放到rip中
"1:\t" //下一个进程开始执行
"popq %%rbp\n\t" //将该进程的bp出栈放到rbp中
: "=m" (prev->thread.sp),"=m" (prev->thread.ip)
: "m" (next->thread.sp),"m" (next->thread.ip)
);
}
//当下一个进程是一个新的进程、从未执行过时，将其置为运行状态、并将其设置为当前进程，然后进行进程上下文切换
else
{
next->state = 0;
my_current_task = next;
printk(KERN_NOTICE ">>>switch %d to %d<<<\n",prev->pid,next->pid);
asm volatile(
"pushq %%rbp\n\t"
"movq %%rsp,%0\n\t"
"movq %2,%%rsp\n\t"
"movq %2,%%rbp\n\t"
"movq $1f,%1\n\t"
"pushq %3\n\t"
"ret\n\t"
"1:\t"
"popq %%rbp\n\t"
: "=m" (prev->thread.sp),"=m" (prev->thread.ip)
: "m" (next->thread.sp),"m" (next->thread.ip)
);
}
return;
}
修改后qemu运行
