超精简kernel代码简析（可能存在理解上的问题，还请多多指正）

本文链接：https://blog.youkuaiyun.com/Kimi_ming/article/details/58605607

本文分享了一次基于超精简版Linux内核的实验经历，重点介绍了如何使用mykernel实现时间片轮转调度，包括实验步骤、核心代码分析及运行结果。

摘要生成于 C知道，由 DeepSeek-R1 满血版支持，前往体验 >

SA16225055冯金明

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

实验过程以及相关截图

在实验楼提供的Linux主机环境下，来进行此次的实验。实验的步骤老师给的相对详细，主要就是按着老师给的步骤来完成此次的实验。实验难度不高，主要任务也是难点的是分析老师给的超精简版的Linux内核源码（这部分我将在第二部分给出具体说明）。

实验步骤：

cd LinuxKernel/linux-3.9.4

rm -rf mykernel

patch -p1 < ../mykernel_for_linux3.9.4sc.patch

make allnoconfig

make

qemu -kernel arch/x86/boot/bzImage

可以看到qemu输出的结果为代码mymain.c和myinterrupt.c中的内容

实验过程及实验结果截图：

实验过程截图：

实验结果截图：

具体内核代码分析

老师发的邮件中有提及重难点，我觉得有参考的必要：

理解和运行mykernel，它是提供初始化好的CPU从my_start_kernel开始执行，并提供了时钟中断机制周期性执行my_time_handler中断处理程序，执行完后中断返回总是可以回到my_start_kernel中断的位置继续执行。当然中断保存现场恢复现场的细节都处理好了，mykernel就是一个逻辑上的硬件平台，具体怎么做到的一般不必深究。
能运行mykernel后就可以写一个自己的时间片轮转调度内核了，自己写还是很难的，只需到mykernel的github版本库找到代码复制过来重新编译Linux3.9.4的源代码，能按视频的效果跑起来，这都不难。
难点是理解基于mykernel实现的时间片轮转调度代码。

往往系统都有很多进程比较复杂，我们假定当前系统只有两个进程0和1，第一次调度是从0切换到1，也就是prev=0，next=1，第二次调度正好相反。
这时再看https://github.com/mengning/mykernel/blob/master/myinterrupt.c中的汇编代码，保存prev的进程（0）上下文，下次调度是next进程就是0了，反之进程1是next那它肯定之前作为prev被调度出去过。理解进程上下文的保存和恢复极为关键。
$1f就是指标号1:的代码在内存中存储的地址
再来看特殊一点代码切换到一个新的进程，也就是next没有被保存过进程上下文，它从没有被执行过，这时稍特殊一点即else部分的汇编代码。

mypcb.h中有两个重要的结构体，其中包含了一个进程控制块中绝大多数重要的标识：

struct Thread {
    unsigned long		ip;//进程代码地址
    unsigned long		sp;//栈顶指针
};//可以唯一标识一个进程

typedef struct PCB{
    int pid;//进程控制块的标号
    volatile long state;	/* -1 unrunnable, 0 runnable, >0 stopped */
    char stack[KERNEL_STACK_SIZE];//进程栈
    /* CPU-specific state of this task */
    struct Thread thread;//进程控制块中的进程
    unsigned long	task_entry;//进程程序程序入口
    struct PCB *next;//用于链接下一个PCB
}tPCB;

下面对void __init my_start_kernel(void)函数进行解释说明

void __init my_start_kernel(void)
{
    int pid = 0;
    int i;
    /* Initialize process 0*/
    task[pid].pid = pid;//标识0号进程
    task[pid].state = 0;/* -1 unrunnable, 0 runnable, >0 stopped *设置0号进程可运行*/
    task[pid].task_entry = task[pid].thread.ip = (unsigned long)my_process; //设置进程程序入口地址
    task[pid].thread.sp = (unsigned long)&task[pid].stack[KERNEL_STACK_SIZE-1];//设置0号进程sp指针
    task[pid].next = &task[pid];//标识只有一个进程块
    /*fork more process */
    for(i=1;i<MAX_TASK_NUM;i++)//for循环用来创建多个进程块
    {
        memcpy(&task[i],&task[0],sizeof(tPCB));//简化进程块的设置，直接对0号进程进行复制拷贝
        task[i].pid = i;//标识进程块的标号
        task[i].state = -1;//标识进程不可运行
        task[i].thread.sp = (unsigned long)&task[i].stack[KERNEL_STACK_SIZE-1];//设置进程栈以及栈顶指针
        task[i].next = task[i-1].next;//实现进程块的单向循环链表
        task[i-1].next = &task[i];
    }
    /* start process 0 by task[0] */
    pid = 0;
    my_current_task = &task[pid]; //设置当前运行的进程为0号进程
	asm volatile(
    	"movl %1,%%esp\n\t" 	/* 进程栈顶指针赋值cpu栈顶指针 */
    	"pushl %1\n\t" 	        /* 保存栈底指针，用于返回 */
    	"pushl %0\n\t" 	        /* 保存进程程序指针 */
    	"ret\n\t" 	        /* pop task[pid].thread.ip to eip修改cpu程序指针跳转到my_process()函数*/
    	"popl %%ebp\n\t"        //恢复环境
    	:
    	: "c" (task[pid].thread.ip),"d" (task[pid].thread.sp)	/* input c or d mean %ecx/%edx*/
	);
}

函数my_time_handler（）函数用来产生时钟中断

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;
}

下面将着重分析my_process()函数中的my_schedule（），此为进程切换函数

void my_schedule(void)
{
    tPCB * next;//定义将要运行的进程块
    tPCB * prev;//定义现在正在运行的进程块

    if(my_current_task == NULL
        || my_current_task->next == NULL) //判断进程块是否为空
    {
    	return;
    }
    printk(KERN_NOTICE ">>>my_schedule<<<\n");
    /* schedule */
    next = my_current_task->next;//赋值将要运行的进程块
    prev = my_current_task;//赋值正在运行的进程块
    if(next->state == 0)/*判断进程是可以运行的*/
    {
    	my_current_task = next;//将正在运行的进程块切换为下一个即将要运行的
    	printk(KERN_NOTICE ">>>switch %d to %d<<<\n",prev->pid,next->pid);
    	/* switch to next process 此汇编代码是进程切换的精髓*/
    	asm volatile(
        	"pushl %%ebp\n\t" 	    /* save ebp 将栈底指针进行压栈*/
        	"movl %%esp,%0\n\t" 	/* save esp 保存栈顶指针*/
        	"movl %2,%%esp\n\t"     /* restore  esp 加载将要运行的进程块的栈顶指针*/
        	"movl $1f,%1\n\t"       /* save eip 保存eip，可跳转至子程序返回的下一条指令*/
        	"pushl %3\n\t"          //将将要执行的进程块的程序指针进行压栈
        	"ret\n\t" 	            /* restore  eip 加载压栈了的ip至eip中，执行完后跳转回来*/
        	"1:\t"                  /* next process start here */
        	"popl %%ebp\n\t"        //返回原先保存的环境
        	: "=m" (prev->thread.sp),"=m" (prev->thread.ip)
        	: "m" (next->thread.sp),"m" (next->thread.ip)
    	);

    }
    else
    {
        next->state = 0;                //如程序块不可运行，将其修改为可运行
        my_current_task = next;         //下面的部分同上，不作赘述
        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 */
        	"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;
}

代码分析总结：

第一次这么细致的看以及细细推敲代码的执行流程，但对这个精简的kernel代码也只是大致的了解。收获的感受是，内核代码并没有想象中的那么难懂，至少多花点时间是可以真正看懂的。但现在看下来还存在一些问题，比如my_need_sched这个标识位的作用是什么还是没能搞清楚，以及void my_timer_handler(void)时钟中断后返回的位置还不清楚，希望可以和同学们讨论后搞明白的。