Linux内核分析（二）

Linux内核分析 —— 【实验二：计算机工作机制 】

计算机作为二十世纪以来最重要的发明之一，它已经完全融入到我们的生活，成为我们工作、娱乐、学习等过程中必不可少的一部分。我们可以用它来浏览网页、查询资料、看电影、听音乐、玩游戏、聊天等等，更重要的是计算机可以同时满足我们的这些要求。到底计算机是如何做到的呢？下面做一个简单的实验并分析。

首先，我们要模拟一个Linux内核平台，步骤如下：

~$ sudo apt-get install qemu   # 安装QEMU
~$ sudo ln -s /usr/bin/qemu-system-i386 /usr/bin/qemu
~$ wget https://www.kernel.org/pub/linux/kernel/v3.x/linux-3.9.4.tar.xz    # 下载Linux内核代码
~$ wget https://raw.github.com/mengning/mykernel/master/mykernel_for_linux3.9.4sc.patch # 下载补丁
~$ xz -d linux-3.9.4.tar.xz      # 解压缩
~$ tar -xvf linux-3.9.4.tar      # 解开包裹
~$ cd linux-3.9.4                # 切换目录
~$ patch -p1 < ../mykernel_for_linux3.9.4sc.patch   #打补丁
~$ make allnoconfig               
~$ make        #编译链接
~$ qemu -kernel arch/x86/boot/bzImage  #运行

运行结果：

从图中可知，程序会一直死循环，这相当于我们的cpu在不停的运转；字符串“my_start_kernel here”相当于执行的进程，而每隔一段时间就有一个“my_timer_handler”，这个相当于是调度程序。通过不断地调度、中断、执行，确保每个进程都得以运行。

接着，分析代码。

cd mykernel

打开mymain.c和myinterrupt.c文件

先看mymain.c文件，图片上之所以显示mymain0.c是因为我自己修改了名字。
这里只有一个my_start_kernel函数，里面是一个死循环，它就不停的执行。

这是一个时间调度函数，每过一段时间就会执行，代表着中断和调度。
运行结果

从图中我们可以看到，程序在执行过程中，会产生一个中断，打印一串字符。这就是计算机的基本运行过程，系统内核不停的执行，等待任务的降临（产生中断），然后做出响应，只不过这里的响应过程没有体现出来。

上面例子比较简单，下面将模拟四个任务的执行过程。CPU都是从调度队列中获取任务的，调度队列中保存了每个将要执行的进程的相关信息——进程控制块。如下图

它包括：进程号、进程状态、栈空间大小、执行线程等。
下面看代码执行过程

初始化，将各个任务分配进程号，设置进程状态，分配栈空间，设置线程，设置下一个任务。这里没有使用调度算法，直接按照顺序循环执行各个任务。my_process函数是进程实际执行的任务，这里每个进程都一样。在my_process中有一个判断是否需要调度的标记符my_need_sched，当他的值为1时，则表示需要调度，调用函数如下：

首先是一个my_timer_handler函数，它用于控制调度的时间，每当运行了一段时间后，就会更改my_need_sched的值为1。这就相当于一个时间片轮转机制，每个进程每次只能执行这么多时间，然后跳转到另一个进程。
my_schedule函数用于实现进程之间的更替，根据调度队列里的顺利依次调度。最为重要的是保存当前进程现场，修改进程上下文环境，以便能正常恢复及顺利运行。
运行结果

以上就是模拟四个进程的运行结果。综上所述，我们知道计算机并不能同时执行多个进程，而是快速地交替执行，让我们察觉不到它们的停顿。计算机就是用这种时间片轮转的方法，不停地执行各种进程，完成各项工作。

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