Linux内核课第二作业。本文在Ubuntu 12.04中完成。
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一.计算机是如何工作的（小结）
计算机的工作，一言以蔽之：执行程序的过程；也就是存储程序和程序控制的过程。
存储程序计算机工作模型，计算机系统最最基础性的逻辑结构；
函数调用堆栈，高级语言得以运行的基础；
中断，多道程序操作系统的基点。
二.以例分析
1.一个简单的中断的例子(点击进入)
简要分析mymain.c与myinterrupt.c
- void __init my_start_kernel(void) //mymain.c中主要内容{ int i = 0; while(1) { i++; if(i%100000 == 0) //每循环十万次打印一次my_start_kernel here printk(KERN_NOTICE "my_start_kernel here %d \n",i); }}
- void my_timer_handler(void) //每次时钟中断调用一次 myinterrupt.c中主要内容{ printk(KERN_NOTICE "\n>>>>>>>>>>>>>>>>>my_timer_handler here<<<<<<<<<<<<<<<<<<\n\n");}
可见，这只是一个很简单的时钟中断演示实验，执行结果如下所示：
可以清楚的看到，时钟每记数到十万的时候，打印一个my_start_kernel here，时钟中断的时候执行my_time_hander here.
2.在第一个的基础上进行时间片轮转多道程序的小os.
主要对mypcb.h, mymain.c 和myinterrupt.c这三个文件进行分析。
/* linux/mykernel/mypcb.h
* Kernel internal PCB types
* Copyright (C) 2013 Mengning
*/
#define MAX_TASK_NUM 4
#define KERNEL_STACK_SIZE 1024*8
/* CPU-specific state of this task */
- struct Thread {//给任务定义一个eip和esp unsigned longip; unsigned longsp;};typedef struct PCB{ int pid;//任务编号 volatile long state;/* -1 unrunnable, 0 runnable, >0 stopped */ char stack[KERNEL_STACK_SIZE]; //定义栈空间 /* CPU-specific state of this task */ struct Thread thread; //定义进程的结构体thread, 其中有eip和esp unsigned longtask_entry;//任务的函数起始处, 也就是任务第一次执行的起始位置 struct PCB *next;//一个任务链表, 指向下一个任务}tPCB;void my_schedule(void);//任务调动函数
/* 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" //引入其中两个结构体表示
- tPCB task[MAX_TASK_NUM];//定义两个数组tPCB * my_current_task = NULL;volatile int my_need_sched = 0;//定义是否调度, 1则调度, 0则不调度void my_process(void);void __init my_start_kernel(void) //起始函数位置{ int pid = 0; int i; /* Initialize process 0*/ task[pid].pid = pid; task[pid].state = 0;/* -1 unrunnable, 0 runnable, >0 stopped */ task[pid].task_entry = task[pid].thread.ip = (unsigned long)my_process; task[pid].thread.sp = (unsigned long)&task[pid].stack[KERNEL_STACK_SIZE-1]; //0号进程栈在最开始的位置 task[pid].next = &task[pid];//下一个任务也是自己，在这里，其他任务还没有创建 /*fork more process *///创建多个任务 for(i=1;i<MAX_TASK_NUM;i++) { memcpy(&task[i],&task[0],sizeof(tPCB));//复制0号进程的结构形式 task[i].pid = i; task[i].state = -1;//初始的任务(除0号进程外)都设置成未运行 task[i].thread.sp = (unsigned long)&task[i].stack[KERNEL_STACK_SIZE-1]; task[i].next = task[i-1].next;//新fork的进程加到进程链表的尾部, 该新建任务的next指向上一个任务的next,也就是自己（最后一个） task[i-1].next = &task[i]; //配置上一个任务的next指向这时候新创建的任务 } /* start process 0 by task[0] */ pid = 0; my_current_task = &task[pid];//先让0号进程先执行asm volatile( "movl %1,%%esp\n\t" /* set task[pid].thread.sp to esp */ "pushl %1\n\t" /* push ebp ,当前esp=ebp*/ "pushl %0\n\t" /* push task[pid].thread.ip */ "ret\n\t" /* pop task[pid].thread.ip to eip */ "popl %%ebp\n\t" : : "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) { printk(KERN_NOTICE "this is process %d -\n",my_current_task->pid); if(my_need_sched == 1)//判断是否调度；该值可有itnerrupt.c中的函数来配置 { my_need_sched = 0; my_schedule();//主动调动的机制 } printk(KERN_NOTICE "this is process %d +\n",my_current_task->pid); } }}
/* 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;
/*
* 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)//时钟中断1000次的时候，调度一次, 配置调度值为1 { printk(KERN_NOTICE ">>>my_timer_handler here<<<\n"); my_need_sched = 1; } time_count ++ ; #endif return; }void my_schedule(void) //调度函数, 核心函数{ tPCB * next;//定义两个指针 tPCB * prev; if(my_current_task == NULL //当前进程和下一进程为空, 即没有任务, 返回 || my_current_task->next == NULL) { return; } printk(KERN_NOTICE ">>>my_schedule<<<\n"); /* 在调度函数中, next指向的是下一个将要被调度的任务, prev指向的是当前正在运行的任务*/ /* schedule */ next = my_current_task->next;//把当前进程的下一个进程赋值给next，当前进程赋值给prev prev = my_current_task; if(next->state == 0)/* -1 unrunnable, 0 runnable, >0 stopped */ //如果下一个任务不是第一次被调度, 则执行 { /* switch to next process——这个时候下一个进程有进程上下文 */ asm volatile( "pushl %%ebp\n\t" /* save 当前进程 ebp */ "movl %%esp,%0\n\t" /* save 当前 esp 赋值到prev.thread.sp */ "movl %2,%%esp\n\t" /* restore 下一个进程的sp到 esp */ "movl $1f,%1\n\t" /* save 当前进程的 eip */ "pushl %3\n\t" //保存下一个进程eip保存到栈里面 "ret\n\t" /* restore eip */ "1:\t" /* next process start here */ "popl %%ebp\n\t" : "=m" (prev->thread.sp),"=m" (prev->thread.ip) : "m" (next->thread.sp),"m" (next->thread.ip) ); my_current_task = next; printk(KERN_NOTICE ">>>switch %d to %d<<<\n",prev->pid,next->pid); } else//下一个进程为第一次运行时,没有进程上下文, 则以下面这种方式来处理 { 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 */x` "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;}
以新任务切换为例进行堆栈变化分析：执行结果如下图所示：
喜欢就喜欢了，心被牵动，无须理由，爱上你是我的自由，
