完成一个简单的时间片轮转多道程序内核代码（李鹏举）

Linux操作系统是如何工作并看时间片轮转多道程序内核代码

攥写人：李鹏举  学号：20132201

（ *原创作品转载请注明出处*）

（ 学习课程：《Linux内核分析》MOOC课程http://mooc.study.163.com/course/USTC-1000029000 ）

一、计算机是如何工作的

1.1 计算机的三个法宝

存储程序计算机、函数调用堆栈、中断机制。

堆栈是C语言程序运行时必须记录调用路径和参数的空间。（函数调用框架、传递参数、保存返回地址、提供局部变量空间）

1.2 深入理解函数堆栈

（1）push栈顶减少4个字节

pop栈顶增加4个字节

ebp在C语言中用作记录当前函数调用基址

（2）其他关键寄存器:

1、堆栈用到的寄存器

1. esp，指向栈顶
2. ebp，指向栈底，在C语言中用作记录当前函数调用基址。

2、EIP寄存器

cs:eip：总是指向下一条的指令地址

顺序执行：总是指向地址连续的下一条指令

跳转/分支：cs : eip的值会根据程序需要被修改

3、1 C代码中嵌入汇编代码的写法

  

汇编代码模板

具体来讲就是：

寄存器前双%   　　　　　　　         例子：movl $3,%%ebp;

%加数字，代表代码末的输出或输入   例子：addl %1,%%eax;    

　　　　　　　　　　　　　　　　　:"d"(val1)     /*d代表edx寄存器*/

　　　　　　　　　　　　　　　　　:"c"(val2)      /*c代表ecx寄存器*/

　　　　　　　　　　　　　　　　即为把val2赋给eax

二、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。

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
cd LinuxKernel/linux-3.9.4
qemu -kernel arch/x86/boot/bzImage
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

三、实验过程：

首先通过：cd LinuxKernel/linux-3.9.4   qemu -kernel arch/x86/boot/bzImage

 

看到了程序的执行结果：

之后通过cd mykernel 您可以看到qemu窗口输出的内容的代码mymain.c和myinterrupt.c

四、操作系统内核源代码的分析

首先是mypcb.c代码：

 

这个代码的目的是定义一个进程控制块。先定义了一个Thread来存储ip和sp,也就是用于eip和esp的保存。PCB中定义了进程管理相关的数据结构。最后的函数my_schedule表示的是调度器。

 接下来是mymain.c代码：

 

先是include mypcb。声明了一个数组task，然后声明了当前task的一个指针，第20行处定义了一个标志，用来判断是否需要调度。然后定义了一个函数my_process。

 

my_start_kernel函数中先初始化一个进程0，第32行为定义进程0的入口为my_process，因为一开始系统里只有进程0，所以第34行代码表示的是pid的next还是指向自己。接下来就创建更多其他的进程，在初始化这些进程的时候可以直接把0号进程的代码拷贝过来，第41行表示每个进程都有自己的堆栈，然后把创建好的新进程放到进程列表的尾部，这样就完成了创建。

创建好了之后就可以开始执行0号进程，第48行处到之后的几行代码表示的是一段嵌入式汇编代码。其中的%0表示的是参数thread.ip，%1表示的是参数thread.sp。第49行表示的就是把参数thread.sp放到esp中；接下来push %1，又因为当前栈为空，esp=ebp，所以等价于push ebp；然后push thread.ip；ret等价于pop thread.ip；最后pop ebp。

ret之后0号进程就正式启动了。

 函数my_process定义所有进程的工作。这个函数里面定义了一个循环，if语句表示循环1000万次才有机会判断是否需要调度。这是一个主动调度的机制。

最后是myinterrupt.c的代码：

 

接着是一个函数my_timer_handler，用于设置时间片的大小，时间片用完时设置一下调度标志。当时钟中断发生1000次，并且my_need_sched!=1时，把my_need_sched赋为1。因为当进程发现my_need_sched=1时，就会执行my_schedule。

 

If语句表示task为空，即发生错误时返回。第52行开始介绍my_scheduel的工作，先把当前进程的下一个进程赋给next，当前进程为prev。

第54行表示如果下一个进程的状态是正在执行的话，就运用if语句中的代码表示的方法来切换进程，这些代码为嵌入式汇编代码，与mymain.c代码中的相似。

%0表示prev->thread.sp，%1表示prev->thread.ip，%2表示next->thread.sp，%3表示next->thread.ip。push ebp为保存当前进程的ebp；然后保存当前进程的esp；把下一个进程的sp放到esp中；接下来保存eip，$1表示后面的标号1：的位置；然后把下一个进程的eip push到栈里面。

ret之后下一个进程就开始执行了。这是进程切换的关键代码。

 

与上一段代码不同的是如果下一个进程为新进程时，就运用else中的这一段代码。首先将这个进程置为运行时状态，将这个进程作为当前正在执行的进程。

五、实验总结：

本次实验首先总结了一下linux操作系统的工作方式，并且了解到了计算机工作的三大法宝，而且了解了堆栈的工作方式和如何在C语言中嵌套汇编语言的方法。

懂得了如何在Linux系统中查看相应的代码，然后进行了一段时间片轮转的操作系统内核代码的分析，跟着学习视频一步步的进行学习，虽然这样的分析挺难的

但是还是成功的完成了。