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姓名：江军
ID：fuchen1994
mykernel实验指导（操作系统是如何工作的）
运行并分析一个精简的操作系统内核，理解操作系统是如何工作的
使用实验楼的虚拟机打开shell
然后cd mykernel 您可以看到qemu窗口输出的内容的代码mymain.c和myinterrupt.c
使用自己的Linux系统环境搭建过程参见mykernel,其中也可以找到一个简单的时间片轮转多道程序内核代码
实验要求：
完成一个简单的时间片轮转多道程序内核代码，代码见视频中或从mykernel找。
详细分析该精简内核的源代码并给出实验截图，撰写一篇署名博客，并在博客文章中注明“真实姓名（与最后申请证书的姓名务必一致） + 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 ”，博客内容的具体要求如下：
题目自拟，内容围绕操作系统是如何工作的进行；
博客中需要使用实验截图
博客内容中需要仔细分析进程的启动和进程的切换机制
总结部分需要阐明自己对“操作系统是如何工作的”理解。
3）请提交博客文章URL到网易云课堂MOOC平台Linux内核分析MOOC课程，编辑成一个链接可以直接点击打开。
实验部分：
第一步：打开QEMU
代码分析：
mypcb.h(定义结构体)
/* * linux/mykernel/mypcb.h * * Kernel internal PCB types * * Copyright (C) 2013 Mengning * */ #define MAX_TASK_NUM 4 //定义最大任务数 #define KERNEL_STACK_SIZE 1024*8 //定义堆栈大小 /* CPU-specific state of this task */ struct Thread { unsigned long ip; //保存eip unsigned long sp; //保存esp }; typedef struct PCB{ int pid; //进程ID volatile long state; /* -1 unrunnable, 0 runnable, >0 stopped */ //进程状态 char stack[KERNEL_STACK_SIZE]; //进程堆栈 /* CPU-specific state of this task */ struct Thread thread; unsigned long task_entry; //进程入口 struct PCB *next; //进程链表 }tPCB; void my_schedule(void); //调度器
mymain.c
/* * 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]; //定义一个进程结构体 tPCB * my_current_task = NULL; //定义一个当前进程的指针 volatile int my_need_sched = 0; //是否需要调度 void my_process(void); //进程 void __init my_start_kernel(void) { int pid = 0; int i; /* Initialize process 0*/ //初始化一个进程0 task[pid].pid = pid; //进程ID task[pid].state = 0;/* -1 unrunnable, 0 runnable, >0 stopped */ //进程状态为0 task[pid].task_entry = task[pid].thread.ip = (unsigned long)my_process; //进程入口，调用my_process,再调用调度器 task[pid].thread.sp = (unsigned long)&task[pid].stack[KERNEL_STACK_SIZE-1]; //栈顶 task[pid].next = &task[pid]; //指向下一个进程的指针 /*fork more process */ //生成更多进程 for(i=1;i<MAX_TASK_NUM;i++) { memcpy(&task[i],&task[0],sizeof(tPCB)); task[i].pid = i; task[i].state = -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] */ 开始第一个0号进程 pid = 0; my_current_task = &task[pid]; //将当前进程赋值给my_current_task asm volatile( "movl %1,%%esp\n\t" /* set task[pid].thread.sp to esp */ //将sp保存在esp中 "pushl %1\n\t" /* push ebp */ //将ebp压栈 "pushl %0\n\t" /* push task[pid].thread.ip */ //将eip压栈 "ret\n\t" /* pop task[pid].thread.ip to eip */ //将当前进程的eip赋给eip寄存器 "popl %%ebp\n\t" //ebp出栈，将当前进程的ebp赋给ebp : : "c" (task[pid].thread.ip),"d" (task[pid].thread.sp) /* input c or d mean %ecx/%edx*/ ); } void my_process(void) { int i = 0; while(1) { i++; if(i%10000000 == 0) //每1000000调度一次 { printk(KERN_NOTICE "this is process %d -\n",my_current_task->pid); if(my_need_sched == 1) //如果调度器标志为1,则调度调度器 { my_need_sched = 0; my_schedule(); //调用调度器 } printk(KERN_NOTICE "this is process %d +\n",my_current_task->pid); } } }
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; //计时器 /* * 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_count%1000 == 0 && my_need_sched != 1) //设置时间片，1000后设置调度器调度一次 { printk(KERN_NOTICE ">>>my_timer_handler here<<<\n"); my_need_sched = 1; } time_count ++ ; #endif return; } void my_schedule(void) { tPCB * next; tPCB * prev;
//如果没有进程，就退出 if(my_current_task == NULL || my_current_task->next == NULL) { return; }
//有就打印，并执行 printk(KERN_NOTICE ">>>my_schedule<<<\n"); /* schedule */ next = my_current_task->next; //下一个进程 prev = my_current_task; //当前进程
//分为两种，一种是下一进程已经调度过，一种是下一进程还没有被调度过，可以通过state知道 if(next->state == 0)/* -1 unrunnable, 0 runnable, >0 stopped */ //如果下一个进程状态为0，执行状态 { /* switch to next process */ asm volatile( "pushl %%ebp\n\t" /* save ebp */ //保存当前进程ebp "movl %%esp,%0\n\t" /* save esp */ //将当前进程esp保存在sp中 "movl %2,%%esp\n\t" /* restore esp */ //将下一个进程sp保存在esp寄存器中 "movl $1f,%1\n\t" /* save eip */ //保存当前进程eip到ip中 $if是指标号1:的代码在内存中存储的地址 "pushl %3\n\t" //将下一个进程的eip压栈 "ret\n\t" /* restore eip */ //popl %eip ，就是将下一进程的eip赋给eip "1:\t" /* next process start here */ 下一个进程从这里开始 "popl %%ebp\n\t" //ebp出栈，将下一进程的ebp赋给ebp寄存器 : "=m" (prev->thread.sp),"=m" (prev->thread.ip) : "m" (next->thread.sp),"m" (next->thread.ip) ); my_current_task = next; //将当前进程标志设置为下一个进程，完成进程切换 printk(KERN_NOTICE ">>>switch %d to %d<<<\n",prev->pid,next->pid); } else { next->state = 0; my_current_task = next; printk(KERN_NOTICE ">>>switch %d to %d<<<\n",prev->pid,next->pid); /* switch to new process */ asm volatile( "pushl %%ebp\n\t" /* save ebp */ "movl %%esp,%0\n\t" /* save esp */ //先保存当前进程的eip和esp,再将下一进程的eip和esp存入寄存器 "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) ); } return; }
程序执行描述：
程序的入口是my_start_kernel(),这个函数创建了PCB，并且调用进程函数my_process()，会打印当前进程的编号.如果，my_need_sche被设置为1，就会调用调度器，切换进程执行。
my_timer_handle()会被内核周期性调用，1000次后修改my_need_sche的值为1，切换进程。my_schedule()函数中，进程切换分为2种，一种是下一个进程被调用过，一种是没有调用过。进程切换的本质就是保存当前进程eip和堆栈,将下一个进程的eip和堆栈存储到寄存器中。
操作系统是如何工作的：操作系统的核心部分就是进程的调度与中断，进程的切换时进程在时间轮片下，达到一定时间就会切换到下一个进程。操作系统靠着两个与硬件的配合就能实现多任务的处理，再加上上层应用软件，就可以形成一个易用的操作系统
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原文地址：http://www.cnblogs.com/fuchen1994/p/5247228.html
