哈工大操作系统实验3：进程运行轨迹的跟踪与统计_哈工大操作系统实验3运行出现问题-优快云博客

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前言

这个博客鸽了好久了，一来自己在准备数学建模，二来自己还是比较难以控制自己啊，还是会忍不住自己玩手机啊，一定要克制住自己啊。然后说一下这个实验吧，首先还是的对自己痛骂一下为啥么我总是犯一些低级错误，最让我头痛的一个bug竟然是if语句如果不带括号的话，其后会执行的语句只有一句。这当真是困扰了我好久啊，把代码真正是对了好几遍，才终于发现了这个问题。然后需要注意的是，那个stat_log.py 是用来检测你的添加fprink() 函数的位置对不对的。需要注意的是进程状态之间的转换为：运行->睡眠 、运行->就绪、睡眠->就绪、就绪->运行 这四种状态的变迁，也就是你自己在查看process.log的时候可以自己看看是否符合这四种状态的改变。需要注意文件中如果有类似运行->运行这样的转化不行，意思就是只有当状态改变的时候才需要输入在log文件中。

实验

实验提示

process.c 的编写涉及到 fork() 和 wait() 系统调用，请自行查阅相文献。

0.11 内核修改涉及到 init/main.c、kernel/fork.c 和 kernel/sched.c，开始实验前如果能详细阅读《注释》一书的相关部分，会大有裨益
这是蓝桥实验册中提到的实验提示，在这我就先放出《注释》这本书的链接：链接：百度网盘
提取码：8e26
然后在这就提一嘴fork()函数和wait()函数吧，fork()函数就是创建进程函数，值得一提的是在linux系统中是分为父进程和子进程的，对此，fork()函数的返回值比较特殊，其返回值有两个，如果自己是父进程则返回值为其子进程的pid（process id),linux中对于每个进程都有独属于自己的id,如果没有子进程了，也就是自己就是子进程，则返回值为0。然后wait()函数则是表现为父进程等待子进程的函数，也就是等待子进程终止了，wait()函数才会运行并且把子进程的资源回收掉，否则会一直阻塞的状态。

编写样本程序

所谓样本程序，就是一个生成各种进程的程序。我们的对 0.11 的修改把系统对它们的调度情况都记录到 log 文件中。在修改调度算法或调度参数后再运行完全一样的样本程序，可以检验调度算法的优劣。

理论上，此程序可以在任何 Unix/Linux 上运行，所以建议在 Ubuntu 上调试通过后，再拷贝到 0.11 下运行。

process.c 是样本程序的模板（在 /home/teacher/ 目录下）。

/*
 * 此函数按照参数占用CPU和I/O时间
 * last: 函数实际占用CPU和I/O的总时间，不含在就绪队列中的时间，>=0是必须的
 * cpu_time: 一次连续占用CPU的时间，>=0是必须的
 * io_time: 一次I/O消耗的时间，>=0是必须的
 * 如果last > cpu_time + io_time，则往复多次占用CPU和I/O，直到总运行时间超过last为止
 * 所有时间的单位为秒
 */
cpuio_bound(int last, int cpu_time, int io_time);

例子：

// 比如一个进程如果要占用10秒的CPU时间，它可以调用：
cpuio_bound(10, 1, 0);
// 只要cpu_time>0，io_time=0，效果相同
copy
// 以I/O为主要任务：
cpuio_bound(10, 0, 1);
// 只要cpu_time=0，io_time>0，效果相同
copy
// CPU和I/O各1秒钟轮回：
cpuio_bound(10, 1, 1);
copy
// 较多的I/O，较少的CPU：
// I/O时间是CPU时间的9倍
cpuio_bound(10, 1, 9);

process.c代码参考如下：

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <time.h>
#include <sys/times.h>
#include<sys/wait.h>
#define HZ	100

void cpuio_bound(int last, int cpu_time, int io_time);

int main(int argc, char * argv[])
{
	pid_t pid1;
	pid_t pid2;
	pid_t pid3;

	pid1=fork();
	if(pid1<0){
		printf("error in fork\n");
		exit(0);
	}else if(pid1==0){
		printf("-----------process1---------- \n");
		cpuio_bound(8,4,3);
	}
	pid2=fork();
	if(pid2<0){
		printf("error in fork\n");
		exit(0);
	}else if(pid2==0){
		printf("-----------process2---------- \n");
		cpuio_bound(8,4,1);
	}
	pid3=fork();
	if(pid3<0){
		printf("error in fork\n");
		exit(0);
	}else if(pid3==0){
		printf("-----------process3---------- \n");
		cpuio_bound(8,4,2);
	}
	printf("the id of process is %d\n",getpid());
	printf("the id of child process 1 is %d\n",pid1);
	printf("the id of child process 3 is %d\n",pid3);
	printf("the id of child process 2 is %d\n",pid2);
	wait(NULL);
	wait(NULL);
	wait(NULL);

    return 0;
}
/*
 * 此函数按照参数占用CPU和I/O时间
 * last: 函数实际占用CPU和I/O的总时间，不含在就绪队列中的时间，>=0是必须的
 * cpu_time: 一次连续占用CPU的时间，>=0是必须的
 * io_time: 一次I/O消耗的时间，>=0是必须的
 * 如果last > cpu_time + io_time，则往复多次占用CPU和I/O
 * 所有时间的单位为秒
 */
void cpuio_bound(int last, int cpu_time, int io_time)
{
	struct tms start_time, current_time;
	clock_t utime, stime;
	int sleep_time;

	while (last > 0)
	{
		/* CPU Burst */
		times(&start_time);
		/* 其实只有t.tms_utime才是真正的CPU时间。但我们是在模拟一个
		 * 只在用户状态运行的CPU大户，就像“for(;;);”。所以把t.tms_stime
		 * 加上很合理。*/
		do
		{
			times(&current_time);
			utime = current_time.tms_utime - start_time.tms_utime;
			stime = current_time.tms_stime - start_time.tms_stime;
		} while ( ( (utime + stime) / HZ )  < cpu_time );
		last -= cpu_time;

		if (last <= 0 )
			break;

		/* IO Burst */
		/* 用sleep(1)模拟1秒钟的I/O操作 */
		sleep_time=0;
		while (sleep_time < io_time)
		{
			sleep(1);
			sleep_time++;
		}
		last -= sleep_time;
	}
}

在这我创建了8个子进程，在这提一嘴，fork()函数的子进程复制父进程，但是都是fork()代码块之后的，所以这里一共创建了8个子进程，当然这8个子进程是相对于根父进程来说是子进程。

log文件

操作系统启动后先要打开 /var/process.log，然后在每个进程发生状态切换的时候向 log 文件内写入一条记录，其过程和用户态的应用程序没什么两样。然而，因为内核状态的存在，使过程中的很多细节变得完全不一样。

打开 log 文件

为了能尽早开始记录，应当在内核启动时就打开 log 文件。内核的入口是 init/main.c 中的 main()（Windows 环境下是 start()），其中一段代码是：

//……
move_to_user_mode();
if (!fork()) {        /* we count on this going ok */
    init();
}
//……

这段代码在进程 0 中运行，先切换到用户模式，然后全系统第一次调用 fork() 建立进程 1。进程 1 调用 init()。

在 init()中：

// ……
//加载文件系统
setup((void *) &drive_info);

// 打开/dev/tty0，建立文件描述符0和/dev/tty0的关联
(void) open("/dev/tty0",O_RDWR,0);

// 让文件描述符1也和/dev/tty0关联
(void) dup(0);

// 让文件描述符2也和/dev/tty0关联
(void) dup(0);

// ……

这段代码建立了文件描述符 0、1 和 2，它们分别就是 stdin、stdout 和 stderr。这三者的值是系统标准（Windows 也是如此），不可改变。

可以把 log 文件的描述符关联到 3。文件系统初始化，描述符 0、1 和 2 关联之后，才能打开 log 文件，开始记录进程的运行轨迹。

为了能尽早访问 log 文件，我们要让上述工作在进程 0 中就完成。所以把这一段代码从 init() 移动到 main() 中，放在 move_to_user_mode() 之后（不能再靠前了），同时加上打开 log 文件的代码。

修改后的 main() 如下：

//……
move_to_user_mode();

/***************添加开始***************/
setup((void *) &drive_info);

// 建立文件描述符0和/dev/tty0的关联
(void) open("/dev/tty0",O_RDWR,0);

//文件描述符1也和/dev/tty0关联
(void) dup(0);

// 文件描述符2也和/dev/tty0关联
(void) dup(0);

(void) open("/var/process.log",O_CREAT|O_TRUNC|O_WRONLY,0666);

/***************添加结束***************/

if (!fork()) {        /* we count on this going ok */
    init();
}
//……

打开 log 文件的参数的含义是建立只写文件，如果文件已存在则清空已有内容。文件的权限是所有人可读可写。

这样，文件描述符 0、1、2 和 3 就在进程 0 中建立了。根据 fork() 的原理，进程 1 会继承这些文件描述符，所以 init() 中就不必再 open() 它们。此后所有新建的进程都是进程 1 的子孙，也会继承它们。但实际上，init() 的后续代码和 /bin/sh 都会重新初始化它们。所以只有进程 0 和进程 1 的文件描述符肯定关联着 log 文件，这一点在接下来的写 log 中很重要。

写log文件

log 文件将被用来记录进程的状态转移轨迹。所有的状态转移都是在内核进行的。

在内核状态下，write() 功能失效，其原理等同于《系统调用》实验中不能在内核状态调用 printf()，只能调用 printk()。编写可在内核调用的 write() 的难度较大，所以这里直接给出源码。它主要参考了 printk() 和 sys_write() 而写成的：

#include "linux/sched.h"
#include "sys/stat.h"

static char logbuf[1024];
int fprintk(int fd, const char *fmt, ...)
{
    va_list args;
    int count;
    struct file * file;
    struct m_inode * inode;

    va_start(args, fmt);
    count=vsprintf(logbuf, fmt, args);
    va_end(args);
/* 如果输出到stdout或stderr，直接调用sys_write即可 */
    if (fd < 3)
    {
        __asm__("push %%fs\n\t"
            "push %%ds\n\t"
            "pop %%fs\n\t"
            "pushl %0\n\t"
        /* 注意对于Windows环境来说，是_logbuf,下同 */
            "pushl $logbuf\n\t"
            "pushl %1\n\t"
        /* 注意对于Windows环境来说，是_sys_write,下同 */
            "call sys_write\n\t"
            "addl $8,%%esp\n\t"
            "popl %0\n\t"
            "pop %%fs"
            ::"r" (count),"r" (fd):"ax","cx","dx");
    }
    else
/* 假定>=3的描述符都与文件关联。事实上，还存在很多其它情况，这里并没有考虑。*/
    {
    /* 从进程0的文件描述符表中得到文件句柄 */
        if (!(file=task[0]->filp[fd]))
            return 0;
        inode=file->f_inode;

        __asm__("push %%fs\n\t"
            "push %%ds\n\t"
            "pop %%fs\n\t"
            "pushl %0\n\t"
            "pushl $logbuf\n\t"
            "pushl %1\n\t"
            "pushl %2\n\t"
            "call file_write\n\t"
            "addl $12,%%esp\n\t"
            "popl %0\n\t"
            "pop %%fs"
            ::"r" (count),"r" (file),"r" (inode):"ax","cx","dx");
    }
    return count;
}

因为和 printk 的功能近似，建议将此函数放入到 kernel/printk.c 中。fprintk() 的使用方式类同与 C 标准库函数 fprintf()，唯一的区别是第一个参数是文件描述符，而不是文件指针。

例如：

// 向stdout打印正在运行的进程的ID
fprintk(1, "The ID of running process is %ld", current->pid);

// 向log文件输出跟踪进程运行轨迹
fprintk(3, "%ld\t%c\t%ld\n", current->pid, 'R', jiffies);

jiffies

jiffries记录了从开机到当前时间的时钟中断的次数，在这时钟中断间隔时间为10ms.

寻找状态切换点

本实验中有5个状态，分别是创建（N)、运行（R)、就绪（J)、睡眠（W)、退出（E)。 我们要做的就是在适当的位置插入对应的状态。
很显然的，这些状态应该是在创建函数、调度函数、退出函数中。于是应该在 fork.c、sche.c、exit.c文件中添加。
在这我就直接贴代码了，然后关于我自己的一些见解便写在注释中了。
Ctrl+f fprintk能加快定位
fork.c

/*
 *  linux/kernel/fork.c
 *
 *  (C) 1991  Linus Torvalds
 */

/*
 *  'fork.c' contains the help-routines for the 'fork' system call
 * (see also system_call.s), and some misc functions ('verify_area').
 * Fork is rather simple, once you get the hang of it, but the memory
 * management can be a bitch. See 'mm/mm.c': 'copy_page_tables()'
 */
#include <errno.h>

#include <linux/sched.h>
#include <linux/kernel.h>
#include <asm/segment.h>
#include <asm/system.h>

extern void write_verify(unsigned long address);

long last_pid=0;

void verify_area(void * addr,int size)
{
	unsigned long start;

	start = (unsigned long) addr;
	size += start & 0xfff;
	start &= 0xfffff000;
	start += get_base(current->ldt[2]);
	while (size>0) {
		size -= 4096;
		write_verify(start);
		start += 4096;
	}
}

int copy_mem(int nr,struct task_struct * p)
{
	unsigned long old_data_base,new_data_base,data_limit;
	unsigned long old_code_base,new_code_base,code_limit;

	code_limit=get_limit(0x0f);
	data_limit=get_limit(0x17);
	old_code_base = get_base(current->ldt[1]);
	old_data_base = get_base(current->ldt[2]);
	if (old_data_base != old_code_base)
		panic("We don't support separate I&D");
	if (data_limit < code_limit)
		panic("Bad data_limit");
	new_data_base = new_code_base = nr * 0x4000000;
	p->start_code = new_code_base;
	set_base(p->ldt[1],new_code_base);
	set_base(p->ldt[2],new_data_base);
	if (copy_page_tables(old_data_base,new_data_base,data_limit)) {
		printk("free_page_tables: from copy_mem\n");
		free_page_tables(new_data_base,data_limit);
		return -ENOMEM;
	}
	return 0;
}

/*
 *  Ok, this is the main fork-routine. It copies the system process
 * information (task[nr]) and sets up the necessary registers. It
 * also copies the data segment in it's entirety.
 */
int copy_process(int nr,long ebp,long edi,long esi,long gs,long none,
		long ebx,long ecx,long edx,
		long fs,long es,long ds,
		long eip,long cs,long eflags,long esp,long ss)
{
	struct task_struct *p;
	int i;
	struct file *f;

	p = (struct task_struct *) get_free_page();
	if (!p)
		return -EAGAIN;
	task[nr] = p;
	*p = *current;	/* NOTE! this doesn't copy the supervisor stack */
	p->state = TASK_UNINTERRUPTIBLE;
	p->pid = last_pid;
	p->father = current->pid;
	p->counter = p->priority;
	p->signal = 0;
	p->alarm = 0;
	p->leader = 0;		/* process leadership doesn't inherit */
	p->utime = p->stime = 0;
	p->cutime = p->cstime = 0;
	p->start_time = jiffies;
	//刚把jiffies设置好，很显然就是这里创建
	fprintk(3, "%ld\t%c\t%ld\n", p->pid, 'N', jiffies);
	p->tss.back_link = 0;
	p->tss.esp0 = PAGE_SIZE + (long) p;
	p->tss.ss0 = 0x10;
	p->tss.eip = eip;
	p->tss.eflags = eflags;
	p->tss.eax = 0;
	p->tss.ecx = ecx;
	p->tss.edx = edx;
	p->tss.ebx = ebx;
	p->tss.esp = esp;
	p->tss.ebp = ebp;
	p->tss.esi = esi;
	p->tss.edi = edi;
	p->tss.es = es & 0xffff;
	p->tss.cs = cs & 0xffff;
	p->tss.ss = ss & 0xffff;
	p->tss.ds = ds & 0xffff;
	p->tss.fs = fs & 0xffff;
	p->tss.gs = gs & 0xffff;
	p->tss.ldt = _LDT(nr);
	p->tss.trace_bitmap = 0x80000000;
	if (last_task_used_math == current)
		__asm__("clts ; fnsave %0"::"m" (p->tss.i387));
	if (copy_mem(nr,p)) {
		task[nr] = NULL;
		free_page((long) p);
		return -EAGAIN;
	}
	for (i=0; i<NR_OPEN;i++)
		if ((f=p->filp[i]))
			f->f_count++;
	if (current->pwd)
		current->pwd->i_count++;
	if (current->root)
		current->root->i_count++;
	if (current->executable)
		current->executable->i_count++;
	set_tss_desc(gdt+(nr<<1)+FIRST_TSS_ENTRY,&(p->tss));
	set_ldt_desc(gdt+(nr<<1)+FIRST_LDT_ENTRY,&(p->ldt));
	p->state = TASK_RUNNING;	/* do this last, just in case */
	//状态改变为TASK_RUNNING，需要添加
	fprintk(3, "%ld\t%c\t%ld\n", p->pid, 'J', jiffies);
	return last_pid;
}

int find_empty_process(void)
{
	int i;

	repeat:
		if ((++last_pid)<0) last_pid=1;
		for(i=0 ; i<NR_TASKS ; i++)
			if (task[i] && task[i]->pid == last_pid) goto repeat;
	for(i=1 ; i<NR_TASKS ; i++)
		if (!task[i])
			return i;
	return -EAGAIN;
}

sche.c

/*
 *  linux/kernel/sched.c
 *
 *  (C) 1991  Linus Torvalds LJG
 */
/*
 * 'sched.c' is the main kernel file. It contains scheduling primitives
 * (sleep_on, wakeup, schedule etc) as well as a number of simple system
 * call functions (type getpid(), which just extracts a field from
 * current-task
 */
#include <linux/sched.h>
#include <linux/kernel.h>
#include <linux/sys.h>
#include <linux/fdreg.h>
#include <asm/system.h>
#include <asm/io.h>
#include <asm/segment.h>

#include <signal.h>

#define _S(nr) (1<<((nr)-1))
#define _BLOCKABLE (~(_S(SIGKILL) | _S(SIGSTOP)))

void show_task(int nr,struct task_struct * p)
{
	int i,j = 4096-sizeof(struct task_struct);

	printk("%d: pid=%d, state=%d, ",nr,p->pid,p->state);
	i=0;
	while (i<j && !((char *)(p+1))[i])
		i++;
	printk("%d (of %d) chars free in kernel stack\n\r",i,j);
}

void show_stat(void)
{
	int i;

	for (i=0;i<NR_TASKS;i++)
		if (task[i])
			show_task(i,task[i]);
}

#define LATCH (1193180/HZ)

extern void mem_use(void);

extern int timer_interrupt(void);
extern int system_call(void);

union task_union {
	struct task_struct task;
	char stack[PAGE_SIZE];
};

static union task_union init_task = {INIT_TASK,};

long volatile jiffies=0;
long startup_time=0;
struct task_struct *current = &(init_task.task);
struct task_struct *last_task_used_math = NULL;

struct task_struct * task[NR_TASKS] = {&(init_task.task), };

long user_stack [ PAGE_SIZE>>2 ] ;

struct {
	long * a;
	short b;
	} stack_start = { & user_stack [PAGE_SIZE>>2] , 0x10 };
/*
 *  'math_state_restore()' saves the current math information in the
 * old math state array, and gets the new ones from the current task
 */
void math_state_restore()
{
	if (last_task_used_math == current)
		return;
	__asm__("fwait");
	if (last_task_used_math) {
		__asm__("fnsave %0"::"m" (last_task_used_math->tss.i387));
	}
	last_task_used_math=current;
	if (current->used_math) {
		__asm__("frstor %0"::"m" (current->tss.i387));
	} else {
		__asm__("fninit"::);
		current->used_math=1;
	}
}

/*
 *  'schedule()' is the scheduler function. This is GOOD CODE! There
 * probably won't be any reason to change this, as it should work well
 * in all circumstances (ie gives IO-bound processes good response etc).
 * The one thing you might take a look at is the signal-handler code here.
 *
 *   NOTE!!  Task 0 is the 'idle' task, which gets called when no other
 * tasks can run. It can not be killed, and it cannot sleep. The 'state'
 * information in task[0] is never used.
 */
void schedule(void)
{
	int i,next,c;
	struct task_struct ** p;

/* check alarm, wake up any interruptible tasks that have got a signal */

	for(p = &LAST_TASK ; p > &FIRST_TASK ; --p)
		if (*p) {
			if ((*p)->alarm && (*p)->alarm < jiffies) {
					(*p)->signal |= (1<<(SIGALRM-1));
					(*p)->alarm = 0;
				}
			if (((*p)->signal & ~(_BLOCKABLE & (*p)->blocked)) &&
			(*p)->state==TASK_INTERRUPTIBLE){
				(*p)->state=TASK_RUNNING;
				//状态由TASK_INTERRUPTIBLE改为TASK_RUNNING需要添加
				fprintk(3, "%ld\t%c\t%ld\n", (*p)->pid, 'J', jiffies);
			}
		}

/* this is the scheduler proper: */

	while (1) {
		c = -1;
		next = 0;
		i = NR_TASKS;
		p = &task[NR_TASKS];
		while (--i) {
			if (!*--p)
				continue;
			if ((*p)->state == TASK_RUNNING && (*p)->counter > c)
				c = (*p)->counter, next = i;
		}
		if (c) break;
		for(p = &LAST_TASK ; p > &FIRST_TASK ; --p)
			if (*p)
				(*p)->counter = ((*p)->counter >> 1) +
						(*p)->priority;
	}/*
	在这里我说一下为啥要添加下面这些代码，其实实验册中已经说
	了，就是switch_to(next)函数，如果next进程是当前的处于运行态的进程，这样是状态没变的，也就不需要写入log文件中
	*/
	if(task[next]->pid!=current->pid){
		if(current->state==TASK_RUNNING){
			fprintk(3,"%ld\t%c\t%ld\n", current->pid,'J',jiffies);
		}
		fprintk(3,"%ld\t%c\t%ld\n", task[next]->pid,'R',jiffies);
	}
	switch_to(next);
}

int sys_pause(void)
{
	current->state = TASK_INTERRUPTIBLE;
	//状态变为TASK_INTERRUPTIBLE需要添加
	if(current->pid!=0)fprintk(3, "%ld\t%c\t%ld\n", current->pid, 'W', jiffies);
	schedule();
	return 0;
}

void sleep_on(struct task_struct **p)
{
	struct task_struct *tmp;

	if (!p)
		return;
	if (current == &(init_task.task))
		panic("task[0] trying to sleep");
	tmp = *p;
	*p = current;
	current->state = TASK_UNINTERRUPTIBLE;
	//状态变为TASK_UNINTERRUPTIBLE需要添加
	fprintk(3, "%ld\t%c\t%ld\n", current->pid, 'W', jiffies);
	schedule();
	if (tmp){
		tmp->state=0;
		//状态改变，需要添加
		fprintk(3, "%ld\t%c\t%ld\n", tmp->pid, 'J', jiffies);
	}
}

void interruptible_sleep_on(struct task_struct **p)
{
	struct task_struct *tmp;

	if (!p)
		return;
	if (current == &(init_task.task))
		panic("task[0] trying to sleep");
	tmp=*p;
	*p=current;
repeat:	
	current->state = TASK_INTERRUPTIBLE;
	//状态变为TASK_INTERRUPTIBLE需要添加
	fprintk(3, "%ld\t%c\t%ld\n", current->pid, 'W', jiffies);
	schedule();
	//由于是可中断睡眠，所以相比于sleep_on()函数多了这个
	if (*p && *p != current) {
		(**p).state=0;
		//状态改变需要添加
		fprintk(3, "%ld\t%c\t%ld\n", (*p)->pid, 'J', jiffies);
		goto repeat;
	}
	*p=NULL;
	if (tmp){
		tmp->state=0;
		//状态改变需要添加
		fprintk(3, "%ld\t%c\t%ld\n", tmp->pid, 'J', jiffies);
	}
}

void wake_up(struct task_struct **p)
{
	if (p && *p) {
		(**p).state=0;
		//状态改变，需要添加
		fprintk(3, "%ld\t%c\t%ld\n", (**p).pid, 'J', jiffies);
		*p=NULL;
		
	}
}
//后面没有需要改变的了
/*
 * OK, here are some floppy things that shouldn't be in the kernel
 * proper. They are here because the floppy needs a timer, and this
 * was the easiest way of doing it.
 */
static struct task_struct * wait_motor[4] = {NULL,NULL,NULL,NULL};
static int  mon_timer[4]={0,0,0,0};
static int moff_timer[4]={0,0,0,0};
unsigned char current_DOR = 0x0C;

int ticks_to_floppy_on(unsigned int nr)
{
	extern unsigned char selected;
	unsigned char mask = 0x10 << nr;

	if (nr>3)
		panic("floppy_on: nr>3");
	moff_timer[nr]=10000;		/* 100 s = very big :-) */
	cli();				/* use floppy_off to turn it off */
	mask |= current_DOR;
	if (!selected) {
		mask &= 0xFC;
		mask |= nr;
	}
	if (mask != current_DOR) {
		outb(mask,FD_DOR);
		if ((mask ^ current_DOR) & 0xf0)
			mon_timer[nr] = HZ/2;
		else if (mon_timer[nr] < 2)
			mon_timer[nr] = 2;
		current_DOR = mask;
	}
	sti();
	return mon_timer[nr];
}

void floppy_on(unsigned int nr)
{
	cli();
	while (ticks_to_floppy_on(nr))
		sleep_on(nr+wait_motor);
	sti();
}

void floppy_off(unsigned int nr)
{
	moff_timer[nr]=3*HZ;
}

void do_floppy_timer(void)
{
	int i;
	unsigned char mask = 0x10;

	for (i=0 ; i<4 ; i++,mask <<= 1) {
		if (!(mask & current_DOR))
			continue;
		if (mon_timer[i]) {
			if (!--mon_timer[i])
				wake_up(i+wait_motor);
		} else if (!moff_timer[i]) {
			current_DOR &= ~mask;
			outb(current_DOR,FD_DOR);
		} else
			moff_timer[i]--;
	}
}

#define TIME_REQUESTS 64

static struct timer_list {
	long jiffies;
	void (*fn)();
	struct timer_list * next;
} timer_list[TIME_REQUESTS], * next_timer = NULL;

void add_timer(long jiffies, void (*fn)(void))
{
	struct timer_list * p;

	if (!fn)
		return;
	cli();
	if (jiffies <= 0)
		(fn)();
	else {
		for (p = timer_list ; p < timer_list + TIME_REQUESTS ; p++)
			if (!p->fn)
				break;
		if (p >= timer_list + TIME_REQUESTS)
			panic("No more time requests free");
		p->fn = fn;
		p->jiffies = jiffies;
		p->next = next_timer;
		next_timer = p;
		while (p->next && p->next->jiffies < p->jiffies) {
			p->jiffies -= p->next->jiffies;
			fn = p->fn;
			p->fn = p->next->fn;
			p->next->fn = fn;
			jiffies = p->jiffies;
			p->jiffies = p->next->jiffies;
			p->next->jiffies = jiffies;
			p = p->next;
		}
	}
	sti();
}

void do_timer(long cpl)
{
	extern int beepcount;
	extern void sysbeepstop(void);

	if (beepcount)
		if (!--beepcount)
			sysbeepstop();

	if (cpl)
		current->utime++;
	else
		current->stime++;

	if (next_timer) {
		next_timer->jiffies--;
		while (next_timer && next_timer->jiffies <= 0) {
			void (*fn)(void);
			
			fn = next_timer->fn;
			next_timer->fn = NULL;
			next_timer = next_timer->next;
			(fn)();
		}
	}
	if (current_DOR & 0xf0)
		do_floppy_timer();
	if ((--current->counter)>0) return;
	current->counter=0;
	if (!cpl) return;
	schedule();
}

int sys_alarm(long seconds)
{
	int old = current->alarm;

	if (old)
		old = (old - jiffies) / HZ;
	current->alarm = (seconds>0)?(jiffies+HZ*seconds):0;
	return (old);
}

int sys_getpid(void)
{
	return current->pid;
}

int sys_getppid(void)
{
	return current->father;
}

int sys_getuid(void)
{
	return current->uid;
}

int sys_geteuid(void)
{
	return current->euid;
}

int sys_getgid(void)
{
	return current->gid;
}

int sys_getegid(void)
{
	return current->egid;
}

int sys_nice(long increment)
{
	if (current->priority-increment>0)
		current->priority -= increment;
	return 0;
}

void sched_init(void)
{
	int i;
	struct desc_struct * p;

	if (sizeof(struct sigaction) != 16)
		panic("Struct sigaction MUST be 16 bytes");
	set_tss_desc(gdt+FIRST_TSS_ENTRY,&(init_task.task.tss));
	set_ldt_desc(gdt+FIRST_LDT_ENTRY,&(init_task.task.ldt));
	p = gdt+2+FIRST_TSS_ENTRY;
	for(i=1;i<NR_TASKS;i++) {
		task[i] = NULL;
		p->a=p->b=0;
		p++;
		p->a=p->b=0;
		p++;
	}
/* Clear NT, so that we won't have troubles with that later on */
	__asm__("pushfl ; andl $0xffffbfff,(%esp) ; popfl");
	ltr(0);
	lldt(0);
	outb_p(0x36,0x43);		/* binary, mode 3, LSB/MSB, ch 0 */
	outb_p(LATCH & 0xff , 0x40);	/* LSB */
	outb(LATCH >> 8 , 0x40);	/* MSB */
	set_intr_gate(0x20,&timer_interrupt);
	outb(inb_p(0x21)&~0x01,0x21);
	set_system_gate(0x80,&system_call);
}

exit.c

/*
 *  linux/kernel/exit.c
 *
 *  (C) 1991  Linus Torvalds
 */

#include <errno.h>
#include <signal.h>
#include <sys/wait.h>

#include <linux/sched.h>
#include <linux/kernel.h>
#include <linux/tty.h>
#include <asm/segment.h>

int sys_pause(void);
int sys_close(int fd);

void release(struct task_struct * p)
{
	int i;

	if (!p)
		return;
	for (i=1 ; i<NR_TASKS ; i++)
		if (task[i]==p) {
			task[i]=NULL;
			free_page((long)p);
			schedule();
			return;
		}
	panic("trying to release non-existent task");
}

static inline int send_sig(long sig,struct task_struct * p,int priv)
{
	if (!p || sig<1 || sig>32)
		return -EINVAL;
	if (priv || (current->euid==p->euid) || suser())
		p->signal |= (1<<(sig-1));
	else
		return -EPERM;
	return 0;
}

static void kill_session(void)
{
	struct task_struct **p = NR_TASKS + task;
	
	while (--p > &FIRST_TASK) {
		if (*p && (*p)->session == current->session)
			(*p)->signal |= 1<<(SIGHUP-1);
	}
}

/*
 * XXX need to check permissions needed to send signals to process
 * groups, etc. etc.  kill() permissions semantics are tricky!
 */
int sys_kill(int pid,int sig)
{
	struct task_struct **p = NR_TASKS + task;
	int err, retval = 0;

	if (!pid) while (--p > &FIRST_TASK) {
		if (*p && (*p)->pgrp == current->pid) 
			if ((err=send_sig(sig,*p,1)))
				retval = err;
	} else if (pid>0) while (--p > &FIRST_TASK) {
		if (*p && (*p)->pid == pid) 
			if ((err=send_sig(sig,*p,0)))
				retval = err;
	} else if (pid == -1) while (--p > &FIRST_TASK) {
		if ((err = send_sig(sig,*p,0)))
			retval = err;
	} else while (--p > &FIRST_TASK)
		if (*p && (*p)->pgrp == -pid)
			if ((err = send_sig(sig,*p,0)))
				retval = err;
	return retval;
}

static void tell_father(int pid)
{
	int i;

	if (pid)
		for (i=0;i<NR_TASKS;i++) {
			if (!task[i])
				continue;
			if (task[i]->pid != pid)
				continue;
			task[i]->signal |= (1<<(SIGCHLD-1));
			return;
		}
/* if we don't find any fathers, we just release ourselves */
/* This is not really OK. Must change it to make father 1 */
	printk("BAD BAD - no father found\n\r");
	release(current);
}

int do_exit(long code)
{
	int i;
	free_page_tables(get_base(current->ldt[1]),get_limit(0x0f));
	free_page_tables(get_base(current->ldt[2]),get_limit(0x17));
	for (i=0 ; i<NR_TASKS ; i++)
		if (task[i] && task[i]->father == current->pid) {
			task[i]->father = 1;
			if (task[i]->state == TASK_ZOMBIE)
				/* assumption task[1] is always init */
				(void) send_sig(SIGCHLD, task[1], 1);
		}
	for (i=0 ; i<NR_OPEN ; i++)
		if (current->filp[i])
			sys_close(i);
	iput(current->pwd);
	current->pwd=NULL;
	iput(current->root);
	current->root=NULL;
	iput(current->executable);
	current->executable=NULL;
	if (current->leader && current->tty >= 0)
		tty_table[current->tty].pgrp = 0;
	if (last_task_used_math == current)
		last_task_used_math = NULL;
	if (current->leader)
		kill_session();
	current->state = TASK_ZOMBIE;//状态变为僵尸进程了，很显然代表退出的标志
	current->exit_code = code;
	fprintk(3, "%ld\t%c\t%ld\n", current->pid, 'E', jiffies);
	tell_father(current->father);
	schedule();
	return (-1);	/* just to suppress warnings */
}

int sys_exit(int error_code)
{
	return do_exit((error_code&0xff)<<8);
}

int sys_waitpid(pid_t pid,unsigned long * stat_addr, int options)
{
	int flag, code;
	struct task_struct ** p;

	verify_area(stat_addr,4);
repeat:
	flag=0;
	for(p = &LAST_TASK ; p > &FIRST_TASK ; --p) {
		if (!*p || *p == current)
			continue;
		if ((*p)->father != current->pid)
			continue;
		if (pid>0) {
			if ((*p)->pid != pid)
				continue;
		} else if (!pid) {
			if ((*p)->pgrp != current->pgrp)
				continue;
		} else if (pid != -1) {
			if ((*p)->pgrp != -pid)
				continue;
		}
		switch ((*p)->state) {
			case TASK_STOPPED:
				if (!(options & WUNTRACED))
					continue;
				put_fs_long(0x7f,stat_addr);
				return (*p)->pid;
			case TASK_ZOMBIE:
				current->cutime += (*p)->utime;
				current->cstime += (*p)->stime;
				flag = (*p)->pid;
				code = (*p)->exit_code;
				/*fprintk(3, "%ld\t%c\t%ld\n", (*p)->pid, 'E', jiffies);*/
				release(*p);
				put_fs_long(code,stat_addr);
				return flag;
			default:
				flag=1;
				continue;
		}
	}
	if (flag) {
		if (options & WNOHANG)
			return 0;
		current->state=TASK_INTERRUPTIBLE;
		fprintk(3, "%ld\t%c\t%ld\n", current->pid, 'W', jiffies);
		schedule();
		if (!(current->signal &= ~(1<<(SIGCHLD-1))))
			goto repeat;
		else
			return -EINTR;
	}
	return -ECHILD;
}

之后./run之后可以利用more /var/process.log 可以来查看process.log 的信息，当然最好将process.log取出来，这就需要利用sudo ./mount-hdc挂载来搞定
其前几行的信息如下：

//这是参考答案
1    N    48    //进程1新建（init()）。此前是进程0建立和运行，但为什么没出现在log文件里？
1    J    49    //新建后进入就绪队列
0    J    49    //进程0从运行->就绪，让出CPU
1    R    49    //进程1运行
2    N    49    //进程1建立进程2。2会运行/etc/rc脚本，然后退出
2    J    49
1    W    49    //进程1开始等待（等待进程2退出）
2    R    49    //进程2运行
3    N    64    //进程2建立进程3。3是/bin/sh建立的运行脚本的子进程
3    J    64
2    E    68    //进程2不等进程3退出，就先走一步了
1    J    68    //进程1此前在等待进程2退出，被阻塞。进程2退出后，重新进入就绪队列
1    R    68
4    N    69    //进程1建立进程4，即shell
4    J    69
1    W    69    //进程1等待shell退出（除非执行exit命令，否则shell不会退出）
3    R    69    //进程3开始运行
3    W    75
4    R    75
5    N    107    //进程5是shell建立的不知道做什么的进程
5    J    108
4    W    108
5    R    108
4    J    110
5    E    111    //进程5很快退出
4    R    111
4    W    116    //shell等待用户输入命令。
0    R    116    //因为无事可做，所以进程0重出江湖
4    J    239    //用户输入命令了，唤醒了shell
4    R    239
4    W    240
0    R    240

这是我的：
在这里插入图片描述

测试

在Ubuntu下利用命令sudo apt-get install python下载python解释器，然后将process.log以及stat_log.py放到一个文件夹中，先cd 到这个文件夹下，利用命令** chmod +x stat_log.py给stat_log.py** 文件加上执行权限，然后利用命令**./stat_log.py process.log x y z -g来得到各进程的信息（其中x y z代表想要进程信息的pid）
我对于进程0 1 2 3 4 5得到的信息如下：

之后测试自己运行process.c**得到的进程pid即可
其结果如图：
在这里插入图片描述

修改时间片

对于时间片counter,由于时间片的初始化操作为：
p->counter = p->priority
只与优先级priority有关，所以只需要修改priority即可在定义priority宏中修改即可

#define INIT_TASK \
    { 0,15,15,
// 上述三个值分别对应 state、counter 和 priority;

不过我自认为利用p->counter = p->priority+k 也可以哈哈哈

后言

离数学建模比赛也快了，也就十多天了，在在比赛未结束之前我将不会再搞lab了。希望自己在国赛中能取得一个好成绩吧哈哈哈。

参考

蓝桥实验楼（自己搜，就不放网址了hhh)
love’s blog
zhangtianshan’s blog