1.操作系统是如何工作的？

计算机三个法宝（3个关键性的方法机制）：

存储程序计算机、函数调用堆栈、中断机制。

1.1堆栈：

在计算机领域，堆栈是一个不容忽视的概念，堆栈是一种数据结构。堆栈都是一种数据项按序排列的数据结构，只能在一端(称为栈顶(top))对数据项进行插入和删除。

1.1.1堆栈作用

 -记录函数调用框架

 -传递函数参数

 -保存返回值的地址

 -提供函数内部局部变量的存储空间

1.1.2堆栈的特性：

最后一个放入堆栈中的物体总是被最先拿出来，这个特性通常称为后进先出(LIFO)队列。堆栈中定义了一些操作。两个最重要的是PUSH和POP。 PUSH操作在堆栈的顶部加入一个元素。POP操作相反，在堆栈顶部移去一个元素，并将堆栈的大小减一。

1.2中断

中断是指计算机运行过程中，出现某些意外情况需主机干预时，机器能自动停止正在运行的程序并转入处理新情况的程序，处理完毕后又返回原被暂停的程序继续运行。

1.2.1中断分类

 -硬件中断（Hardware Interrupt）

    -可屏蔽中断（maskable interrupt）。硬件中断的一类，可通过在中断屏蔽寄存器中设定位掩码来关闭。

    -非可屏蔽中断（non-maskable interrupt，NMI）。硬件中断的一类，无法通过在中断屏蔽寄存器中设定位掩码来关闭。典型例子是时钟中断（一个硬件时钟以恒定频率—如50Hz—发出的中断）。

    -处理器间中断（interprocessor interrupt）。一种特殊的硬件中断。由处理器发出，被其它处理器接收。仅见于多处理器系统，以便于处理器间通信或同步。

    -伪中断（spurious interrupt）。一类不希望被产生的硬件中断。发生的原因有很多种，如中断线路上电气信号异常，或是中断请求设备本身有问题。

 -软件中断（Software Interrupt）

    -软件中断。是一条CPU指令，用以自陷一个中断。由于软中断指令通常要运行一个切换CPU至内核态（Kernel Mode/Ring 0）的子例程，它常被用作实现系统调用（System call）。

1.2.2中断作用

 -提高计算机系统效率。计算机系统中处理机的工作速度远高于外围设备的工作速度。通过中断可以协调它们之间的工作。当外围设备需要与处理机交换信息时，由外围设备向处理机发出中断请求，处理机及时响应并作相应处理。不交换信息时，处理机和外围设备处于各自独立的并行工作状态。

 -维持系统可靠正常工作。现代计算机中，程序员不能直接干预和操纵机器，必须通过中断系统向操作系统发出请求，由操作系统来实现人为干预。主存储器中往往有多道程序和各自的存储空间。在程序运行过程中，如出现越界访问，有可能引起程序混乱或相互破坏信息。为避免这类事件的发生，由存储管理部件进行监测，一旦发生越界访问，向处理机发出中断请求，处理机立即采取保护措施。

 -满足实时处理要求。在实时系统中，各种监测和控制装置随机地向处理机发出中断请求，处理机随时响应并进行处理。

 -提供故障现场处理手段。处理机中设有各种故障检测和错误诊断的部件，一旦发现故障或错误，立即发出中断请求，进行故障现场记录和隔离，为进一步处理提供必要的依据。

2.实验

2.1实验内容：

完成一个简单的时间片轮转多道程序内核代码

-根据老师指导按照实验步骤，在实验楼环境下打开shell：

cd LinuxKernel/linux-3.9.4

rm -rf mykernel

patch -p1 < ../mykernel_for_linux3.9.4sc.patch

make allnoconfig

make

qemu -kernel arch/x86/boot/bzImage

然后 cd mykernel

看到mymain.c和myinterrupt.c.

mymain.c代码如下：

myinterrupt.c代码如下：

下面是一个简单的时间片轮转多道程序内核代码。

mypcb.h

define MAX_TASK_NUM 4

define KERNEL_STACK_SIZE 1024*8

/* 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 */

char 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);

定义一个进程控制块pcb结构体

task_entry：进程入口函数

thread：保存eip和esp

state：进程状态，用于判断是否调度

其中的内嵌汇编代码为核心：

"pushl %%ebp\n\t" /* save ebp */

"movl %%esp,%0\n\t" /* save esp */

"movl %2,%%esp\n\t" /* restore esp */

"movl %2,%%ebp\n\t" /* restore ebp */

"movl $1f,%1\n\t" /* save eip */

"pushl %3\n\t"

"ret\n\t" /* restore eip */: "=m" (prev->thread.sp),"=m" (prev->thread.ip); "m" (next->thread.sp),"m" (next->thread.ip)