Linux内核分析：实验二

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

操作系统是如何工作的

记得有个老师曾经说过：操作系统就是躺在内存里等待被调用的代码。我觉得说的是有一定道理的。计算机有三大法宝：程序存储计算机，堆栈，中断。中断无疑是操作系统的基础之一。中断发生，系统从用户态变为内核态，然后执行内核代码。 

首先从进程调度说起，以https://github.com/mengning/mykernel的一个精简的时间片轮转多道程序内核代码为例。

1.1首先看my_pcb.h里面的内容：

struct Thread {
    unsigned long ip;
    unsigned long sp;
};


typedef struct PCB{
    int pid;
    volatile long state; /* -1 unrunnable, 0 runnable, >0 stopped */
    char stack[KERNEL_STACK_SIZE];
    /* CPU-specific state of this task */
    struct Thread thread;
    unsigned long task_entry;
    struct PCB *next;
}tPCB;

这里面定义了pcb，描述了进程的信息，包括pid号，进程状态，内核栈，程序入口，下一个程序指针，ip和sp的指针。每个进程都有自己唯一的pcb，操作系统正是根据pcb对进程予以调度。

1.2在看mymain.c里面的内容：

首先对PCB进行初始化：

task[pid].pid = pid;
    task[pid].state = 0;/* -1 unrunnable, 0 runnable, >0 stopped */
    task[pid].task_entry = task[pid].thread.ip = (unsigned long)my_process;
    task[pid].thread.sp = (unsigned long)&task[pid].stack[KERNEL_STACK_SIZE-1];
    task[pid].next = &task[pid];
    /*fork more process */
    for(i=1;i<MAX_TASK_NUM;i++)
    {
        memcpy(&task[i],&task[0],sizeof(tPCB));
        task[i].pid = i;
        task[i].state = -1;
        task[i].thread.sp = (unsigned long)&task[i].stack[KERNEL_STACK_SIZE-1];
        task[i].next = task[i-1].next;
        task[i-1].next = &task[i];
    }

然后是关键代码：

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*/
);

这段汇编代码完成了0号进程的第一次启动。关键是ret这个地方，因为不能直接改变eip的值，所以先将ip压入栈中，然后ret执行，就会将栈中程序入口弹出，并赋给eip，这样，程序就会跳转到myprocess程序。 

在看my_process： 

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);
            if(my_need_sched == 1)
            {
                my_need_sched = 0;
           my_schedule();
        }
        printk(KERN_NOTICE "this is process %d +\n",my_current_task->pid);
        }     
    }
}

当my_need_sched==1时，发生调度。my_need_sched的值是在time_handler里面改变的。发生时钟中断，就进入time_handler函数。

然后是进程调度的关键代码：

asm volatile(
        "pushl %%ebp\n\t"    /* save ebp */
        "movl %%esp,%0\n\t" /* save esp */
        "movl %2,%%esp\n\t"     /* restore  esp */
        "movl $1f,%1\n\t"       /* save eip */
        "pushl %3\n\t" 
        "ret\n\t"            /* restore  eip */
        "1:\t"                  /* next process start here */
        "popl %%ebp\n\t"
        : "=m" (prev->thread.sp),"=m" (prev->thread.ip)
        : "m" (next->thread.sp),"m" (next->thread.ip)
    ); 

首先保存当前进程的现场，然后恢复下一个进程的现场。类似，创建一个新进程，也是类似的道理。

总结：通过这次实验，对linux进程的调度有了更深的了解。