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本文基于mykernel完成了一个简单的时间片轮转多道程序内核。 一、实验内容
二、实验过程 首先，按照上面的实验内容，安装好QEMU，下载好Linux内核源码 Linux Kernel 3.9.4 source code和补丁mykernel_for_linux3.9.4sc.patch，依次按顺序操作，编译执行后，可以从qemu窗口中看到my_start_kernel在执行，同时my_timer_handler时钟中断处理程序周期性执行（如下图所示）。
进一步，我们在此基础上完成时间片轮转的多道程序。 我们可以看到在当前mykernel下包含了mymain.c和myinterrupt.c两个源文件（如下图）。
接下来我们要写进程描述PCB和进程链表管理等代码，在此目录下新建并命名为mypcb.h文件。然后重新改写mymain.c和myinterrupt.c两个文件。（资源参照https://github.com/mengning/mykernel），然后退回上一级目录，重新编译，编译过程出现如下错误。将mypcb.h中第11行的# unsigned long改为/* unsigned long */，然后重新编译执行就行了。
执行结果如下，展示了process0-process3通过时间片轮转的方式就行切换的过程。
三、代码分析 现主要对时间片轮转多道程序的三个源程序代码进行分析。 1.mypcb.h /*
* linux/mykernel/mypcb.h
*
* Kernel internal PCB types
*
* Copyright (C) 2013 Mengning
*
*/
#define MAX_TASK_NUM 4
#define KERNEL_STACK_SIZE 1024*2 /* unsigned long */
/* CPU-specific state of this task */
struct Thread {
unsigned long ip;
unsigned long sp;
};
typedef struct PCB{
int pid;
volatile long state; /* -1 unrunnable, 0 runnable, >0 stopped */
unsigned long stack[KERNEL_STACK_SIZE];
/* CPU-specific state of this task */
struct Thread thread;
unsigned long task_entry;
struct PCB *next;
}tPCB;
void my_schedule(void);
定义了 Thread 结构体，用于存储当前进程中正在执行的线程的ip和sp。 PCB结构体中的各个字段含义如下 pid:进程号 state：进程状态，在模拟系统中，所有进程控制块信息都会被创建出来，其初始化值就是-1，如果被调度运行起来，其值就会变成0 stack：进程使用的堆栈 thread：当前正在执行的线程信息 task_entry：进程入口函数 next：指向下一个PCB，模拟系统中所有的PCB是以链表的形式组织起来的。 这里还有一个函数的声明 my_schedule，它的实现在my_interrupt.c中，在mymain.c中的各个进程函数会根据一个全局变量的状态来决定是否调用它，从而实现主动调度。
/*
* linux/mykernel/mymain.c
*
* Kernel internal my_start_kernel
*
* Copyright (C) 2013 Mengning
*
*/
#include <linux/types.h>
#include <linux/string.h>
#include <linux/ctype.h>
#include <linux/tty.h>
#include <linux/vmalloc.h>
#include "mypcb.h"
tPCB task[MAX_TASK_NUM];
tPCB * my_current_task = NULL;
volatile int my_need_sched = 0;
void my_process(void);
void __init my_start_kernel(void)
{
int pid = 0;
int i;
/* Initialize process 0*/
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;
task[pid].thread.sp = (unsigned long)&task[pid].stack[KERNEL_STACK_SIZE-1];
task[pid].next = &task[pid];
/*fork more process */
for(i=1;i<MAX_TASK_NUM;i )
{
memcpy(&task[i],&task[0],sizeof(tPCB));
task[i].pid = i;
//*(&task[i].stack[KERNEL_STACK_SIZE-1] - 1) = (unsigned long)&task[i].stack[KERNEL_STACK_SIZE-1];
task[i].thread.sp = (unsigned long)(&task[i].stack[KERNEL_STACK_SIZE-1]);
task[i].next = task[i-1].next;
task[i-1].next = &task[i];
}
/* start process 0 by task[0] */
pid = 0;
my_current_task = &task[pid];
asm volatile(
"movl %1,%%esp\n\t" /* set task[pid].thread.sp to esp */
"pushl %1\n\t" /* push ebp */
"pushl %0\n\t" /* push task[pid].thread.ip */
"ret\n\t" /* pop task[pid].thread.ip to eip */
:
: "c" (task[pid].thread.ip),"d" (task[pid].thread.sp) /* input c or d mean �x/�x*/
);
}
int i = 0;
void my_process(void)
{
while(1)
{
i ;
if(i000000 == 0)
{
printk(KERN_NOTICE "this is process %d -\n",my_current_task->pid);
if(my_need_sched == 1)
{
my_need_sched = 0;
my_schedule();
}
printk(KERN_NOTICE "this is process %d \n",my_current_task->pid);
}
}
}
系统启动后，最先调用my_start_kernel 函数，在这个函数里完成了0号进程的初始化和启动，并创建了其它的进程PCB，以方便后面的调度。在模拟系统里，每个进程的函数代码都是一样的，即 my_process 函数，my_process 在执行的时候，会打印出当前进程的 id，从而使得我们能够看到当前哪个进程正在执行。另外，在 my_process 也会检查一个全局标志变量 my_need_sched，一旦发现其值为 1 ，就调用 my_schedule 完成进程的调度。0号线程的启动，采用了内联汇编代码完成，详细参见源码中的注释。 3.myinterrupt.c /*
* linux/mykernel/myinterrupt.c
*
* Kernel internal my_timer_handler
*
* Copyright (C) 2013 Mengning
*
*/
#include <linux/types.h>
#include <linux/string.h>
#include <linux/ctype.h>
#include <linux/tty.h>
#include <linux/vmalloc.h>
#include "mypcb.h"
extern tPCB task[MAX_TASK_NUM];
extern tPCB * my_current_task;
extern volatile int my_need_sched;
volatile int time_count = 0;
/*
* Called by timer interrupt.
* it runs in the name of current running process,
* so it use kernel stack of current running process
*/
void my_timer_handler(void)
{
#if 1
if(time_count00 == 0 && my_need_sched != 1)
{
printk(KERN_NOTICE ">>>my_timer_handler here<<<\n");
my_need_sched = 1;
}
time_count ;
#endif
return;
}
void my_schedule(void)
{
tPCB * next;
tPCB * prev;
if(my_current_task == NULL
|| my_current_task->next == NULL)
{
return;
}
printk(KERN_NOTICE ">>>my_schedule<<<\n");
/* schedule */
next = my_current_task->next;
prev = my_current_task;
if(next->state == 0)/* -1 unrunnable, 0 runnable, >0 stopped */
{
my_current_task = next;
printk(KERN_NOTICE ">>>switch %d to %d<<<\n",prev->pid,next->pid);
/* switch to next process */
asm volatile(
"pushl %�p\n\t" /* save ebp */
"movl %%esp,%0\n\t" /* save esp */
"movl %2,%%esp\n\t" /* restore esp */
"movl $1f,%1\n\t" /* save eip */
"pushl %3\n\t"
"ret\n\t" /* restore eip */
"1:\t" /* next process start here */
"popl %�p\n\t"
: "=m" (prev->thread.sp),"=m" (prev->thread.ip)
: "m" (next->thread.sp),"m" (next->thread.ip)
);
}
return;
}
这里 my_timer_handler 函数会被内核周期性的调用，每调用1000次，就去将全局变量my_need_sched的值修改为1，通知正在执行的进程执行调度程序my_schedule。在my_schedule函数中，完成进程的切换。进程的切换分两种情况，一种情况是下一个进程没有被调度过，另外一种情况是下一个进程被调度过，可以通过下一个进程的state知道其状态。进程切换依然是通过内联汇编代码实现，无非是保存旧进程的eip和堆栈，将新进程的eip和堆栈的值存入对应的寄存器中，详见代码中的注释。 四、总结 Linux操作系统的正常工作可以说有三个非常重要的部分，就是我们的存储程序原理、堆栈以及中断的支持。 操作系统对进程的管理主要就是进程的管理和调度，我们为每个进程维护一个进程描述和以及进程间的关系。我们的内核的工作主要有两部分组成，首先运行有一个内核线程，然后就是一些中断处理程序的集合，我们在中断处理程序中要就行进程的调度。 学号后三位137 原创作品转载请注明出处 参考资料来源： https://github.com/mengning/linuxkernel/ 来源：http://www./content-3-138251.html |
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