操作系统是如何工作的？

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

 

一、实验二：完成一个简单的时间片轮转多道程序内核代码（实验楼截图）

 

 

 

 

 

二、进程的启动和进程的切换机制

1、多道进程的处理采用了中断机制，利用cpu和内核代码来实现保存现场和回复现场。本次课程的实验平台模拟了一个时间片轮转多道程序的系统。

2、时间片轮转多道程序代码：

/*
	* linux/mykernel/myinterrupt.c
	*
	* Kernel internal my_timer_handler
	*
	* Copyright (C) 2013 Mengning
	*
	*/
	#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;
	prev = my_current_task;
	if(next->state == 0)/* -1 unrunnable, 0 runnable, >0 stopped */
	{
	/* switch to next process */
	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)
	);
	my_current_task = next;
	printk(KERN_NOTICE ">>>switch %d to %d<<<\n",prev->pid,next->pid);
	}
	else
	{
	next->state = 0;
	my_current_task = next;
	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;
	}

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

三、总结：

　　课程中提到了计算机工作的三大法宝：存储程序计算机工作模型、堆栈、中断。

• 存储程序计算机工作模型，简单的说就是CPU解释并执行计算机指令，Memory用来存储数据和程序。

• 堆栈机制（函数调用堆栈），在机器语言和汇编语言的时候并不那么重要，后来有了高级语言，尤其是函数调用使得堆栈成为计算机工作的重要基础；

• 中断，引入中断机制使内核可以处理硬件外设I/O。中断来源有I/O请求、时钟以及系统调用。中断可以使计算机同时处理多个程序，提高了计算机效率。