完成一个简单的时间片轮转多道程序内核代码
2016-03-04 08:52
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潘俊洋 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
本次实现是实验模拟操作系统是如何工作的。 mykernel 实验使用linux-3.9.4进行模拟。模拟操作系统如何进行进程管理以及中断处理。
Process Control Block 即PCB(进程控制块)
PCB由操作系统创建和管理。同时PCB包含了足够充分的信息,这样就可以中断一个进程,并且在恢复执行该进程时就好像未被中断过一样。(《Operating Systems Internals and Design Principles》)
在mykernel中mypcb.h既是声明PCB数据结构头的文件。
PCB中定义了pid,state,stack,thread,task_entry,*next结构成员。
在定义了PCB类型的数据结构后,定义了实例变量tPCB.
在声明了PCB数据结构类型之后,Linux内核开始运作。
实验代码:
mypcb.h
mymain.c
myinterrupt.c
可以说进程是由程序代码和相关数据还有PCB组成的。对于一个但处理器计算机,在任何时候最多只有一个进程在执行。而在运行的这个进程状态为运行态。
本次实现是实验模拟操作系统是如何工作的。 mykernel 实验使用linux-3.9.4进行模拟。模拟操作系统如何进行进程管理以及中断处理。
Process Control Block 即PCB(进程控制块)
PCB由操作系统创建和管理。同时PCB包含了足够充分的信息,这样就可以中断一个进程,并且在恢复执行该进程时就好像未被中断过一样。(《Operating Systems Internals and Design Principles》)
在mykernel中mypcb.h既是声明PCB数据结构头的文件。
PCB中定义了pid,state,stack,thread,task_entry,*next结构成员。
在定义了PCB类型的数据结构后,定义了实例变量tPCB.
在声明了PCB数据结构类型之后,Linux内核开始运作。
实验代码:
mypcb.h
#define MAX_TASK_NUM 4 #define KERNEL_STACK_SIZE 1024*8 /* CPU-specific state of this task */ struct Thread { unsigned long ip; /*本进程指向的下一个指令*/ unsigned long sp;/*存放进程的栈底地址*/ }; typedef struct PCB{ int pid; volatile long state; /* -1 没有运行, 0 已运行, >0 停止*/ char stack[KERNEL_STACK_SIZE]; /* CPU-specific state of this task */ struct Thread thread; unsigned long task_entry; /*保存进程的入口函数地址*/ struct PCB *next; /*指向下一个PCB struct*/ }tPCB; void my_schedule(void);
mymain.c
tPCB task[MAX_TASK_NUM]; tPCB * my_current_task = NULL; /*定义当前的进程为空*/ 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 没运行, 0 已运行, >0 停止*/ task[pid].task_entry = task[pid].thread.ip = (unsigned long)my_process;/*把第一个进程的入口定义为my_process*/ task[pid].thread.sp = (unsigned long)&task[pid].stack[KERNEL_STACK_SIZE-1];/*获取进程栈的基地址*/ task[pid].next = &task[pid]; /*循环建立多个进程 */ for(i=1;i<MAX_TASK_NUM;i++) { memcpy(&task[i],&task[0],sizeof(tPCB));/*把进程0的数据拷贝给进程i,意味着进程i的入口函数也是my_process*/ task[i].pid = i; task[i].state = -1;/*设置进程i的状态为未运行*/ 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];/*以上两句是把新的task加到链表后面,并且让最后一个task的next指向第一个task 形成回路链表*/ } /*从第0个进程开始*/ pid = 0; my_current_task = &task[pid];/*设置当前进程的task指针赋给 my_current_task*/ /*一下的asm中的内容用汇编代码编写 主要是实现调用第一个进程初始化堆栈和eip*/ asm volatile( "movl %1,%%esp\n\t" /* 把task[pid].thread.sp赋予esp寄存器 */ "pushl %1\n\t" /* 把task[pid].thread.sp压到栈中,以便以后使用*/ "pushl %0\n\t" /* 把task[pid].thread.ip压到栈中 */ "ret\n\t" /* 把task[pid].thread.ip出栈 赋予eip 以实现设置eip的效果 因为eip不能直接赋值 */ "popl %%ebp\n\t"/*把task[pid].thread.sp出栈,赋予ebp*/ : : "c" (task[pid].thread.ip),"d" (task[pid].thread.sp) /* c , d 的意思是 %ecx/%edx*/ ); } void my_process(void) { int i = 0; while(1) { i++; if(i%10000000 == 0) { printk(KERN_NOTICE "this is process %d -\n",my_current_task->pid); if(my_need_sched == 1)/*1的意思是需要调度,0是不需要调度*/ { my_need_sched = 0; my_schedule();/*调度函数*/ } printk(KERN_NOTICE "this is process %d +\n",my_current_task->pid); } } }
myinterrupt.c
extern tPCB task[MAX_TASK_NUM]; extern tPCB * my_current_task; extern volatile int my_need_sched; volatile int time_count = 0; void my_timer_handler(void) { #if 1 if(time_count%1000 == 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)/* 判断下个进程是不是运行过 */ { /* 当下一个进程运行过时,使用下面asm中的汇编代码就可以把进程切换到下一个进程 */ asm volatile( "pushl %%ebp\n\t" /* 把当前进程的当前的ebp压入当前进程的栈 */ "movl %%esp,%0\n\t" /*保存当前的esp到prev->thread.sp指向的内存中*/ "movl %2,%%esp\n\t" /*重置esp,把下个进程的next->thread.sp赋予esp */ "movl $1f,%1\n\t" /* 把1:的代码在内存中存储的地址保存到prev->thread.ip中 */ "pushl %3\n\t" "ret\n\t" /* 这两步是为了把eip设置成下一个进程的eip,以便cpu运行下一个进程的代码 */ "1:\t" /*当前进程下一次从这里开始,*/ "popl %%ebp\n\t" : "=m" (prev->thread.sp),"=m" (prev->thread.ip) : "m" (next->thread.sp),"m" (next->thread.ip) ); /*程序运行到这时当前的进程已经以前被运行过,现在是第N次运行N>1*/ my_current_task = next; /*这里的my_current_task原值指向的是上一个进程,next指向的是当前运行的进程*/ printk(KERN_NOTICE ">>>switch %d to %d<<<\n",prev->pid,next->pid); /*这里的prev指向的是上一个进程*/ } else { next->state = 0; my_current_task = next; printk(KERN_NOTICE ">>>switch %d to %d<<<\n",prev->pid,next->pid); /*以下的asm 实现的效果是切换到新的进程 */ asm volatile( "pushl %%ebp\n\t" /* 把当前进程的当前的ebp压入当前进程的栈 */ "movl %%esp,%0\n\t" /*保存当前的esp到prev->thread.sp指向的内存中*/ "movl %2,%%esp\n\t" /*重置esp,把下个进程的next->thread.sp赋予esp */ "movl %2,%%ebp\n\t" /*重置esp,把下个进程的next->thread.sp赋予ebp,因为是新的进程需要模拟新的堆栈 */ "movl $1f,%1\n\t" /* 把1:的代码在内存中存储的地址保存到prev->thread.ip中 */ "pushl %3\n\t" "ret\n\t" /* 这两步是为了把eip设置成下一个进程的eip,以便cpu运行下一个进程的代码 */ : "=m" (prev->thread.sp),"=m" (prev->thread.ip) : "m" (next->thread.sp),"m" (next->thread.ip) ); } return; }
可以说进程是由程序代码和相关数据还有PCB组成的。对于一个但处理器计算机,在任何时候最多只有一个进程在执行。而在运行的这个进程状态为运行态。
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