《linux 内核分析》 第二周 实验
王一 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
本次课的核心是通过中断机制完成进程的调度 ，在本次课程中__init my_start_kernel作为入口函数，定义0号进程的tPCB结构体，通过复制来制造其他进程的tPCB数据结构，中断时间函数被 my_timer_handler周期性的调用来修改my_need_sched 的值，而0号进程一直在检测my_need_sched 的状态，当状态改变的时候调用my_schedule()函数来进行进程的切换，在进程切换的过程中，采用的是汇编代码。下面分析一下代码：
1、mypcb.h
struct Thread
{
Unsigned long ip; //
Unsigned long sp; //在当前进程中，esp指向的地址
}
typedef struct PCB
{
int pid;
volatile long state; /-1 unrunnable ,0 runnable,>0 stopped*/
char stack[KERNEL_STACK_SIZE];
struct Thread thread;
unsigned long task_entry;
struct PCB*next;
}tPCB;
void my_schedule(void);// 调度器
在这个头文件中定义了一个 Thread结构和tPCB结构体，Thread结构体的作用是存储相应的进程的esp和eip的地址。它的作用是保存当前进程的esp和eip，当当前进程运行的时候将加载到相应的esp和eip中，当切换出去的时候，就会把esp和eip中的值存储到这个结构体中。tPCB的作用是存储相应进程的信息。
2、mymain.c
void __init my_start_kernel(void)
{ int pid = 0;
int i;
/* Initialize process 0*/
task[pid].pid = pid; //此处初始化进程0
task[pid].state = 0;/* -1 unrunnable, 0 runnable, >0 stopped */
task[pid].task_entry = task[pid].thread.ip = (unsigned long)my_process; //入口处理函数
task[pid].thread.sp=(unsigned long)&task[pid].stack[KERNEL_STACK_SIZE-1]; //堆栈的顶
task[pid].next = &task[pid]; //环形链表
/*fork more process */
for(i=1;i<MAX_TASK_NUM;i++)
{
memcpy(&task[i],&task[0],sizeof(tPCB)); // 通过复制来制作进程
task[i].pid = i;
task[i].thread.sp = (unsigned long)&task[i].stack[KERNEL_STACK_SIZE-1];
task[i].next = task[i-1].next; //加入进程列表
task[i-1].next = &task[i];
}
/* start process 0 by task[0] */
pid = 0;
my_current_task = &task[pid];
asm volatile(
"movl %1,%%esp\n\t" /* set task[pid].thread.sp to esp ，载入进程的sp*/
"pushl %1\n\t" /* push ebp */
"pushl %0\n\t" /* push task[pid].thread.ip ，通过这两个语句来载入ip,指向函数入口*/
"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*/
); //启动0号进程
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);
}
上面的代码是初始化进程并且来启动0好进程的函数，在这些代码中下面的汇编部分是通过讲tPCB结构中的sp载入到esp，ebp和ip载入到eip中来启动线程，由于eip不能直接赋值，通过push和ret结构来加载eip。下面的my_process函数是所有进程的处理函数，来检验my_need_sched状态来调用进程切换函数。
3、进程切换
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 */
{
my_current_task = next;
printk(KERN_NOTICE ">>>switch %d to %d<<<\n",prev->pid,next->pid);
/* 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;//switch to the next task
printk(KERN_NOTICE " switch from %d process to %d process\n >>>process %d running!!!<<<\n\n",prev->pid,next->pid,next->pid);
}
else
{
next->state = 0;
my_current_task = next;
printk(KERN_NOTICE " switch from %d process to %d process\n >>>process %d running!!!<<<\n\n\n",prev->pid,next->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;
}//end of my_schedule
在进程切换函数中，分两种情况通过要切换到的进程的状态来判断，根据进程是否已经运行过，如果运行过，直接保存上一个进程的ebp，esp和eip，加载下一个进程的eip和esp。如果没有运行过，还要将esp和ebp加载sp的地址。
4、计算机的三个法宝
存储程序计算机
函数调用堆栈
中断
5、操作系统两把宝剑
中断处理
进程切换
下图是运行的结果：
