2020-2021-1 202029325 《Linux内核原理与分析》第三周作业

一、学习笔记

• 1.计算机的三大法宝：存储程序计算、函数调用机制、中断。

• 2.堆栈的具体作用有：记录函数调用框架、传递函数参数、保存返回值的地址、提供函数内部局部变量的存储空间等。

• 3.堆栈相关的寄存器：
  ESP:堆栈指针（stack pointer）
  EBP：基址指针（base pointer），在C语言中用作记录当前函数调用基址。

• 4.对于X86体系结构来讲，堆栈空间是从高地址向低地址增长的，如图所示：
  

• 5.堆栈操作：
  push：栈顶地址减少4个字节（32位），并将操作数放入栈顶存储单元。
  pop：栈顶地址增加4个字节（32位），并将栈顶存储单元的内容放入操作数。

• 6.其它一些指令：
  顺序执行：总是指向地址连续的下一条指令。
  跳转/分支：执行这样的指令时，CS:EIP的值会根据程序需要被修改。
  call：将当前CS:EIP 的值压入栈顶，CS:EIP指向被调用函数的入口地址。
  ret：从栈顶弹出原来保存在这样的CS:EIP的值，放入CS:EIP中。

二、实验记录

• 1.进程初始化代码，这里需要重点理解的是%1是指后面的“"d"(task[pid].thread.sp)”,%0是指后面的“"c"(task[pid].thread.ip)”，代码如下：

asm volatile(
    "movl %1,%%esp\n\t"   //将进程原堆栈栈顶的地址（这里是初始化的值）存入ESP寄存器。
    "pushl %1\n\t"        //将当前EBP寄存器值入栈。
    "pushl %0\n\t"        //将当前进程的EIP（这里是初始化的值）入栈。
    "ret\n\t"             //ret命令正好可以让入栈的进程EIP保存到EIP寄存器中。
    "popl %%ebp\n\t"      //与前面push指令结对出现。
}

• 2.按照庖丁解牛书中所讲my_timer_handler所控制输出循环次数，可以将代码中的100000改成1000，简化输出结果，代码如下

void my_timer_handler(void)
{
    if(time_count%1000 == 0 && my_need_sched != 1)
    {
        printk(KERN_NOTICE ">>>my_timer_handler here<<<\n");
        my_need_sched = 1;
    } 
    time_count ++ ;  
    return;  	
}

• 3.mymain.c是mykernel内核代码的入口，负责初始化内核的各个组成部分。在linux内核源码中，实际的入口是init/main.c中的__init my_start_kernel(void)函数：

void __init my_start_kernel(void)
{
    int pid = 0;
    int i;
    /* Initialize process 0*/
    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].thread.sp = (unsigned long)(&task[i].stack[KERNEL_STACK_SIZE-1]);
        task[i].next = task[i-1].next;
        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 rsp */
    	"pushl %1\n\t" 	        /* push rbp */
    	"pushl %0\n\t" 	        /* push task[pid].thread.ip */
    	"ret\n\t" 	            /* pop task[pid].thread.ip to rip */
    	: 
    	: "c" (task[pid].thread.ip),"d" (task[pid].thread.sp)	/* input c or d mean %ecx/%edx*/
	);
} 

int i = 0;

• 4.myinterrupt.c中，主要是切换进程的my_schedule(void)函数

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 rbp of prev */
        	"movl %%esp,%0\n\t" 	/* save rsp of prev */
        	"movl %2,%%esp\n\t"     /* restore  rsp of next */
        	"movl $1f,%1\n\t"       /* save rip of prev */	
        	"pushl %3\n\t" 
        	"ret\n\t" 	            /* restore  rip of next */
        	"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)
    	); 
    }  
    return;	
}

三、实验结果

简化后的输出结果如下图：