2023-2024-1 20232822《Linux内核原理与分析》第三周作业

打开shell

使用make命令编译内核

找到一个简单的时间片轮转多道程序内核代码mypcb.h；mymain.c；myinterrupt.c；
然后替换位于home/shiyanlou/LinuxKernel/linux-3.9.4/mykernel/中的mymain.c；myinterrupt.c；
将mypcb.h也放在这里。
接下来在shell中将当前工作目录退回到home/shiyanlou/LinuxKernel/linux-3.9.4/
然后执行make，重新编译内核,再次执行qemu -kernel arch/x86/boot/bzImage命令。

#define MAX_TASK_NUM        4    //最大进程数，这里设置为了4个。
#define KERNEL_STACK_SIZE   1024*8  //每个进程的内核栈的大小。

/* CPU-specific state of this task */
struct Thread {
    unsigned long       ip;//用于保存进程的eip
    unsigned long       sp;//用户保存进程的esp
};

typedef struct PCB{
    int pid;//进程的id号
    volatile long state;    /* 进程的状态：-1 unrunnable, 0 runnable, >0 stopped */
    char stack[KERNEL_STACK_SIZE];//进程的栈，只有一个核心栈。
    /* CPU-specific state of this task */
    struct Thread thread;//每个进程只有一个线程。
    unsigned long   task_entry;//进程的起始入口地址。
    struct PCB *next;//指向下一个进程的指针。
}tPCB;

void my_schedule(void);

#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];
tPCB * my_current_task = NULL;
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[0].pid=0;
    task[pid].state = 0;/* -1 unrunnable, 0 runnable, >0 stopped */
    task[pid].task_entry = task[pid].thread.ip = (unsigned long)my_process;//令0号进程的入口地址为my_process();
    task[pid].thread.sp = (unsigned long)&task[pid].stack[KERNEL_STACK_SIZE-1];//0号进程的栈顶为stack[]数组的最后一个元素
    task[pid].next = &task[pid];//next指针指向自己
    /*fork more process */
    for(i=1;i<MAX_TASK_NUM;i++)//根据0号进程，复制出几个只是编号不同的进程
    {
        memcpy(&task[i],&task[0],sizeof(tPCB));//void *memcpy(void *dest, const void *src, size_t n);从源src所指的内存地址的起始位置开始拷贝n个字节到目标dest所指的内存地址的起始位置中。
        task[i].pid = i;
        task[i].state = -1;//这些进程的状态都设置为未运行。
        task[i].thread.sp = (unsigned long)&task[i].stack[KERNEL_STACK_SIZE-1];
        task[i].next = task[i-1].next;//新创建的进程的next指向0号进程的首地址
        task[i-1].next = &task[i];//前一个进程的next指向最新创建的进程的首地址，从而成为一个循环链表。
    }
    /* start process 0 by task[0] */
    pid = 0;
    my_current_task = &task[pid];//当前运行的进程设置为0号进程。
    asm volatile(
        "movl %1,%%esp\n\t"     /* set task[pid].thread.sp to esp */
        "pushl %1\n\t"          /* push 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);//打印-号
            if(my_need_sched == 1)//如果需要调度
            {
                my_need_sched = 0;
                my_schedule();
            }
            printk(KERN_NOTICE "this is process %d +\n",my_current_task->pid);//打印+号
        }     
    }
}

#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)
    {
        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;//将下一个将要运行的进程设置为my_current_task->next指向的下一个进程。
    prev = my_current_task;//将当前进程设置为prev进程。
    if(next->state == 0)/*如果下一个将要运行的进程已经处于运行状态 -1 unrunnable, 0 runnable, >0 stopped */
    {
        /* switch to next process */
        asm volatile(   
            "pushl %%ebp\n\t"       /* 保存当前进程的ebp到自己的栈中。    save ebp */
            "movl %%esp,%0\n\t"     /* 保存当前进程的esp到自己的栈中。    save esp */
            "movl %2,%%esp\n\t"     /* 从next->thread.sp中弹出下一个进程的esp。与第二句相对应。   restore  esp */
            "movl $1f,%1\n\t"       /* 将下一个进程的eip设置为1f。$1f就是指标号1:的代码在内存中存储的地址  save eip */   
            "pushl %3\n\t"          /* 将next->thread.ip压入当前进程的栈中。*/
            "ret\n\t"               /* 从当前进程的栈中弹出刚刚压入的next->thread.ip。完成进程切换。  restore  eip */
            "1:\t"                  /* 即$1f指向的位置。next process start here */
            "popl %%ebp\n\t"        /* 切换到的进程把ebp从栈中弹出至ebp寄存器。与第一句相对应。*/
            : "=m" (prev->thread.sp),"=m" (prev->thread.ip)
            : "m" (next->thread.sp),"m" (next->thread.ip)
        ); 
        my_current_task = next; //当前进程切换为next
        printk(KERN_NOTICE ">>>switch %d to %d<<<\n",prev->pid,next->pid); //打印切换信息     
    }
    else//如果下一个将要运行的进程还从未运行过。
    {
        next->state = 0;//将其设置为运行状态。
        my_current_task = next;当前进程切换为next
        printk(KERN_NOTICE ">>>switch %d to %d<<<\n",prev->pid,next->pid);//打印切换信息
        /* switch to new process */
        asm volatile(   
            "pushl %%ebp\n\t"       /* save ebp */
            "movl %%esp,%0\n\t"     /* save esp */
            "movl %2,%%esp\n\t"     /* restore  esp */
            "movl %2,%%ebp\n\t"     /* restore  ebp */
            "movl $1f,%1\n\t"       /* 将要被切换出去的进程的ip设置为$1f。这样等一下它被切换回来时（一定是运行状态）肯定会进入if判断分支，可以从if中的标号1处继续执行。  save eip */    
            "pushl %3\n\t"          /* 将next->thread.ip（因为它还没有被运行过，所以next->thread.ip现在仍处于初始状态，即指向my_process()，压入将要被切换出去的进程的堆栈。*/
            "ret\n\t"               /* 将刚刚压入的next->thread.ip出栈至eip，完成进程切换。   restore  eip */
            : "=m" (prev->thread.sp),"=m" (prev->thread.ip)
            : "m" (next->thread.sp),"m" (next->thread.ip)
        );          
    }   
    return; 
}

一些疑惑及解答