一、實驗過程:
實驗內容爲完成一個簡單的時間片輪轉多道程序內核代碼
1.根據老師指導按照實驗步驟,在實驗樓環境下打開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
然後 cd mykernel
看到mymain.c和myinterrupt.c.
2.將老師github的mypcb.h/mymain.c/myinterrupt.c拷貝到實驗樓環境的mykernel下,再按照實驗步驟進行,即可看到實驗的調度過程.修改這三個文件:
mypcb.h:
mymain.c:
myinterrupt.c:
3.重新make編譯一下,然後執行會看到結果:
二、分析該精簡內核的源代碼。
1.mypcb.h對結構體和函數進行了定義.定義了線程的ip與sp 線程的結構,其中SP寄存器指向當前線程棧的棧頂,這樣通過SP就能完成出入棧的操作;IP指向當前操作指令,一開始指向線程啓動函數,後面按照代碼的一層層調用,執行相應指令,接下來定義了進程控制塊PCB的初始信息。
2.mymain.c中__init my_start_kernel 函數是內核的入口,它完成了初始化進程並啓動進程的工作。 進程創建完畢後,將my_current_task指針指向0號進程,通過嵌入式彙編代碼,開始執行。這個嵌入式代碼實際上是開闢了新的棧幀空間,類似於上一課,也與myinterrupt.c的進程切換類似。 每個進程都執行my_process(void),i%10000000 == 0,打印進程號,略小於1s的時間。
3.myinterrupt.c中my_timer_handler被內核的定時器週期性調用,當計數到1000時執行進程切換。
4.其中的內嵌彙編代碼爲核心:
“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)
“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)
三、理解操作系統是如何工作的。
- Linux操作系統的正常工作可以說有三個非常重要的部分,就是我們的存儲程序原理、堆棧以及中斷的支持。 操作系統對進程的管理主要就是進程的管理和調度,我們爲每個進程維護一個進程描述和以及進程間的關係。我們的內核的工作主要有兩部分組成,首先運行有一個內核線程,然後就是一些中斷處理程序的集合,我們在中斷處理程序中要就行進程的調度。
2.Linux操作系統由內核來實現具體工作的,一個進程是通過系統調用fork()函數來創建的,先是將先前CPU正在運行的進程的進程上下文保存在內核態堆棧中,包括有eip,esp,ebp,cs等寄存器的數據;然後加載創建的進程的上下文信息到相應的寄存器中,運行當前新建進程;運行完畢後根據系統的調度繼續執行相應的進程。Linux操作系統是多進程的操作系統,不同的進程就是基於以上的方式有操作系統實現調度運行的。同時,操作系統以一種中斷的機制實現與用戶的交互。操作系統中的IDT描述好各個中斷對應的處理程序,當發生相對應的中斷時,由硬件來實現中斷信號的傳遞,CPU接收到相應的IRQ信號後,由操作系統如調度進程那樣調度相應的處理程序,來完成相應的中斷請求,實現與用戶的交互。