Linux内核分析:完成一个简单的时间片轮转多道程序内核代码
PS.贺邦 原创作品转载请注明出处 《Linux内核分析》MOOC课程 http://mooc.study.163.com/course/USTC-1000029000
1.mykernel实验指导(操作系统是如何工作的)
使用实验楼虚拟机打开shell输入下列代码
- 1 cd LinuxKernel/linux-3.9.4
- 2 qemu -kernel arch/x86/boot/bzImage
可以看到初始的内核运行情况如下:
内核不停的执行my_start_kernel(),每隔一段时间被my_timer_handler()中断,然后执行一条打印语句:printk(KERN_NOTICE “\n>>>>>>>>>>>>>>>>>my_timer_handler here<<<<<<<<<<<<<<<<<<\n\n”);
后,又回到my_start_kernel()继续执行。
打开mymain.c文件,可以看到其中只有如下这一个函数。它作为内核启动的起始位置,从这个函数开始运行,并无限循环。
打开myinterrupt.c文件,里面也只有一个my_timer_handler(),它被Linux内核周期性调用,从而产生了一个周期性的中断机制。
2.修改内核代码,使之成为一个简单的时间片轮转多道程序内核,然后重新编译运行。
从https://github.com/mengning/mykernel上下载mypcb.h;mymain.c;myinterrupt.c;
然后替换位于home/shiyanlou/LinuxKernel/linux-3.9.4/mykernel/中的mymain.c;myinterrupt.c;
将mypcb.h也放在这里。
然后执行make,重新编译内核。效果如下:
然后再次输入:
- qemu -kernel arch/x86/boot/bzImage 命令
启动内核。 可以发现跳转和时间片都有了明显的改变。
实验结果与预期结果相符,实验成功。
3.重点代码理解
mymain.c
void__init my_start_kernel(void) {
Int pid = 0;
Int i;
/* Initialize process 0*/
task[pid].pid = pid;//task[0].pid=0;
ask[pid].state = 0;/* -1 unrunnable, 0 runnable, >0 stopped */
task[pid].task_entry = task[pid].thread.ip = (unsignedlong)my_process;//令0号进程的入口地址为my_process();
task[pid].thread.sp = (unsignedlong)&task[pid].stack[KERNEL_STACK_SIZE-1];//0号进程的栈顶为stack[]数组的最后一个元素
task[pid].next = &task[pid];//next指针指向自己/*fork more process */
for(i=1;i<MAX_TASK_NUM;i++)//根据0号进程,复制出几个只是编号不同的进程
{
memcpy(&task[i],&task[0],sizeof(tPCB));//void *memcpy(void *dest, const void *src, size_t n);从源src所指的内存地址的起始位置开始拷贝n个字节到目标dest所指的内存地址的起始位置中。
task[i].pid = i; task[i].state = -1;//这些进程的状态都设置为未运行。
task[i].thread.sp = (unsignedlong)&task[i].stack[KERNEL_STACK_SIZE-1]; task[i].next = task[i-1].next;//新创建的进程的next指向0号进程的首地址
task[i-1].next = &task[i];//前一个进程的next指向最新创建的进程的首地址,从而成为一个循环链表。
mypcb.h
#define MAX_TASK_NUM 4 //最大进程数,这里设置为了4个。
#define KERNEL_STACK_SIZE 1024*8 //每个进程的内核栈的大小。
/* CPU-specific state of this task */
structThread { unsignedlongip;//用于保存进程的eip
unsignedlongsp;//用户保存进程的esp};
typedefstructPCB{ intpid;//进程的id号
volatilelongstate; /* 进程的状态:-1 unrunnable, 0 runnable, >0 stopped */
charstack[KERNEL_STACK_SIZE];//进程的栈,只有一个核心栈。/* CPU-specific state of this task */
structThread thread;//每个进程只有一个线程。
unsignedlongtask_entry;//进程的起始入口地址。
myinterrupt.c
if(next->state == 0)/*如果下一个将要运行的进程已经处于运行状态 -1 unrunnable, 0 runnable, >0 stopped */
{
/* switch to next process */
asm volatile(
"pushl %%ebp\n\t" /* 保存当前进程的ebp到自己的栈中。 save ebp */
"movl %%esp,%0\n\t" /* 保存当前进程的esp到自己的栈中。 save esp */
"movl %2,%%esp\n\t" /* 从next->thread.sp中弹出下一个进程的esp。与第二句相对应。 restore esp */
"movl $1f,%1\n\t" /* 将下一个进程的eip设置为1f。$1f就是指标号1:的代码在内存中存储的地址 save eip */
"pushl %3\n\t" /* 将next->thread.ip压入当前进程的栈中。*/
"ret\n\t" /* 从当前进程的栈中弹出刚刚压入的next->thread.ip。完成进程切换。 restore eip */
"1:\t" /* 即$1f指向的位置。next process start here */
"popl %%ebp\n\t" /* 切换到的进程把ebp从栈中弹出至ebp寄存器。与第一句相对应。*/
: "=m" (prev->thread.sp),"=m" (prev->thread.ip)
: "m" (next->thread.sp),"m" (next->thread.ip)
);
my_current_task = next; //当前进程切换为next
printk(KERN_NOTICE ">>>switch %d to %d<<<\n",prev->pid,next->pid); //打印切换信息
}
else//如果下一个将要运行的进程还从未运行过。
{
next->state = 0;//将其设置为运行状态。
my_current_task = next;////当前进程切换为next
printk(KERN_NOTICE ">>>switch %d to %d<<<\n",prev->pid,next->pid);//打印切换信息
/* switch to new process */
asm volatile(
"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" /* 将要被切换出去的进程的ip设置为$1f。这样等一下它被切换回来时(一定是运行状态)肯定会进入if判断分支,可以从if中的标号1处继续执行。 save eip */
"pushl %3\n\t" /* 将next->thread.ip(因为它还没有被运行过,所以next->thread.ip现在仍处于初始状态,即指向my_process(),压入将要被切换出去的进程的堆栈。*/
"ret\n\t" /* 将刚刚压入的next->thread.ip出栈至eip,完成进程切换。 restore eip */
4.分析进程的启动和进程的切换机制。
首先,内核启动__init my_start_kernel(void),创建了4个进程,分别是0,1,2,3号,设置0号为运行态,其它3个进程为未运行态。
0号进程的入口都被初始化为 task[pid].task_entry = task[pid].thread.ip = (unsigned long)my_process;即指向my_process()。
0号进程的栈顶被初始化为 task[i].thread.sp = (unsigned long)&task[i].stack[KERNEL_STACK_SIZE-1];
之后的进程也都是根据0号进程复制得到,所以它们的起始入口也是my_process(),初始栈顶也是指向了自己的stack[KERNEL_STACK_SIZE-1];
my_current_task = &task[pid];将当前进程设置为0号进程。然后从0号进程开始运行。
“movl %1,%%esp\n\t”
将0号进程的栈顶放入esp寄存器。
“pushl %1\n\t” /* push ebp */
当前esp指向了stack数组的末尾,这里也是栈顶,因为栈是空的,所以esp==ebp。
“pushl %0\n\t” /* push task[pid].thread.ip */
“ret\n\t” /* pop task[pid].thread.ip to eip */
切换到0号进程的入口地址开始执行。
“popl %%ebp\n\t”
这句多余,在ret之后,不会被执行。
:
: “c” (task[pid].thread.ip),”d” (task[pid].thread.sp)
之后0号进程不断执行my_process()。一段时间后,my_timer_handler()被内核调用,触发中断, my_need_sched = 1;将全局变量my_need_sched 设置为了1。
此后,当0号进程执行到了if(my_need_sched == 1)时就会进入这个if条件分支中,执行 my_schedule();执行进程调度。
0号进程的next指针指向的是1号进程,所以在my_schedule()中的next指针指向了1号进程,prev指针指向了0号进程。
因为1号进程当前还未被运行过,所以会执行else条件分支:next->state = 0;//将1号进程设置为运行状态。
my_current_task = next;//当前进程切换为1号进程printk(KERN_NOTICE “>>>switch %d to %d<<<\n”,prev->pid,next->pid);//打印switch 0 to 1
“pushl %%ebp\n\t” /* save ebp */
“movl %%esp,%0\n\t” /* save esp */
将0号进程的ebp和esp都保存到0号进程的栈上。
“movl %2,%%esp\n\t” /* restore esp */
“movl %2,%%ebp\n\t” /* restore ebp */
将1号进程的存在1号进程结构体中next->thread.sp保存的esp的值存入esp寄存器和ebp寄存器,因为1号进程还未被运行过,所以esp仍指向了1号栈的stack[KERNEL_STACK_SIZE-1]。
“movl $1f, %1\n\t” 将0号进程的eip设置为if。
“pushl %3\n\t”
“ret\n\t”
将1号进程的eip加入0号进程的栈中,然后通过ret指令,将这个eip从0号进程的栈中弹出,存入eip寄存器,完成从0号进程到1号进程的切换。此后类似。
5.对“操作系统是如何工作的”理解。
操作系统的内核有一个起始位置,从这个起始位置开始执行。开始工作时,CPU分配给第一个进程,开始执行第一个进程,然后通过一定的调度算法,比如时间片轮转,在一个时间片后,发生中断,
第一个进程被阻塞,在完成保存现场后将CPU分配给下一个进程,执行下一个进程。这样,操作系统就完成了基本的进程调度的功能。
Linux内核分析:完成一个简单的时间片轮转多道程序内核代码的更多相关文章
- Linux内核分析—完成一个简单的时间片轮转多道程序内核代码
---恢复内容开始--- 20135125陈智威 原创作品转载请注明出处 <Linux内核分析>MOOC课程http://mooc.study.163.com/course/USTC-10 ...
- 20135202闫佳歆--week2 一个简单的时间片轮转多道程序内核代码及分析
一个简单的时间片轮转多道程序内核代码及分析 所用代码为课程配套git库中下载得到的. 一.进程的启动 /*出自mymain.c*/ /* start process 0 by task[0] */ p ...
- linux内核分析第二周-完成一个简单的时间片轮转多道程序内核代码
中断时计算机运行的一个非常重要的功能.之所以重要,是因为由于种种原因,计算机不能将一个程序从头执行到尾不间断,而是可能会出现很多像等待输入设备输出设备的过程,如果没有中断系统,CPU只能等待,造成资源 ...
- linux内核分析作业:操作系统是如何工作的进行:完成一个简单的时间片轮转多道程序内核代码
计算机如何工作 三个法宝:存储程序计算机.函数调用堆栈.中断机制. 堆栈 函数调用框架 传递参数 保存返回地址 提供局部变量空间 堆栈相关的寄存器 Esp 堆栈指针 (stack pointer) ...
- Linux内核分析第二周学习博客——完成一个简单的时间片轮转多道程序内核代码
Linux内核分析第二周学习博客 本周,通过实现一个简单的操作系统内核,我大致了解了操作系统运行的过程. 实验主要步骤如下: 代码分析: void my_process(void) { int i = ...
- Linux内核设计第二周学习总结 完成一个简单的时间片轮转多道程序内核代码
陈巧然 原创作品 转载请注明出处 <Linux内核分析>MOOC课程http://mooc.study.163.com/course/USTC-1000029000 一.使用实验楼的虚拟机 ...
- Linux内核分析— —构造一个简单的Linux系统MenuOS(20135213林涵锦)
Linux内核分析— —构造一个简单的Linux系统MenuOS 实验内容 Linux内核的启动过程,从start_kernel到init进程启动 使用实验楼的虚拟机打开shell cd LinuxK ...
- Linux内核分析-构造一个简单的Linux系统MenuOS
构造一个简单的Linux系统MenuOS linux内核目录结构 arch目录包括了所有和体系结构相关的核心代码.它下面的每一个子目录都代表一种Linux支持的体系结构,例如i386就是Intel C ...
- Linux内核分析——构造一个简单的Linux系统MenuOS
马悦+原创作品转载请注明出处+<Linux内核分析>MOOC课程http://mooc.study.163.com/course/USTC-1000029000 一.Linux内核源代码简 ...
随机推荐
- 对比flash与ajax哪个好?
Ajax的优势: (1)可搜索性 普通的文本网页会更有利于SEO.文本内容是搜索引擎容易检索的,而繁琐的swf字节码却是搜索引擎不愿触及的.虽然Google等一些大型的搜索引擎可以检索SWF内部的内容 ...
- leetcode 200. Number of Islands 、694 Number of Distinct Islands 、695. Max Area of Island 、130. Surrounded Regions
两种方式处理已经访问过的节点:一种是用visited存储已经访问过的1:另一种是通过改变原始数值的值,比如将1改成-1,这样小于等于0的都会停止. Number of Islands 用了第一种方式, ...
- Jenkins与Github集成
Jenkins目前是手动进行项目构建的,如何才能做到Github并持续集成呢? 配置前要求: 1.Jenkins已经安装Github插件 2.Jenkins服务器已经拥有一个公网IP地址 第一步:配置 ...
- MyBatis实战之动态SQL
如果使用JDBC或者其他框架,很多时候你得根据需要去拼接SQL,这是一个麻烦的事情,而MyBatis提供对SQL语句动态的组装能力,而且它只有几个基本的元素,非常简单明了,大量的判断都可以在MyBat ...
- 浅谈 DNS
一.DNS(Domain Name System,域名系统) 概念:万维网(WWW是环球信息网的缩写,亦作“Web”.“WWW”.“'W3'”,英文全称为“World Wide Web”),作为域名和 ...
- GrowingIO接入SDK简介
安装使用文档逐步操作 准备工作: 1.注册一个GrowingIO账号 2.申请一个域名(注意:不能是ip或host) 登陆gio平台: 1.安装SDK 2.根据项目选择对应的sdk:js,安卓,ios ...
- jquery 同步ajax
有时,我们需要通过ajax远程获取数据后再绑定给其他应用,其他应用依赖于ajax返回结果.而ajax默认为异步,此时需要改为同步 var data = $.ajax({ url: "/Adm ...
- 大数据入门第十四天——Hbase详解(一)入门与安装配置
一.概述 1.什么是Hbase 根据官网:https://hbase.apache.org/ Apache HBase™ is the Hadoop database, a distributed, ...
- powersheel远程连接方法操作
powersheel远程连接密码加密连接高级玩法 ConvertTo-SecureString 和 ConvertFrom-SecureString 命令都支持选项 -Key.在处理密码时通过使用 K ...
- 2017战略No.2:开始电子化记账
一.懒散的4年 大学毕业后,就没有怎么记账了. 自己花的钱,心里有个大概,但是不能算得很具体. 比如说,2016年,又没有攒几个钱,心里多少有点压抑. 大脑去算账,只能算房租吃饭等金额较大的开销,更多 ...