一个简单的时间片轮转多道程序内核代码

WuQi + 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

 

PCB的分析

PCB是什么？

答：进程控制块（PCB，Process Control Block）

PCB的组成？

PCB中主要包括下述四方面的信息：

进程标识符：内部标识符，外部标识符
处理机状态
进程调度信息
进程控制信息

 

首先对mypcb.h中的代码进行分析

#define MAX_TASK_NUM        5
#define KERNEL_STACK_SIZE   1024*8

/* CPU-specific state of this task */
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;//思考 task_entry的意义？
    struct PCB *next;
}tPCB;
//ip应该类似寄存器中的ip:存放下一个CPU指令存放的内存地址，当CPU执行完当前的指令后，从IP寄存器中读取下一条指令的内存地址，然后继续执行。

看一下mymain.c

tPCB task[MAX_TASK_NUM];
tPCB * my_current_task = NULL;
volatile int my_need_sched = 0;

void my_process(void);

void __init my_start_kernel(void)
{
    int pid = 0;
    int i;
    /* Initialize process 0*/
    task[pid].pid = pid;//将task0的识别符设置为0
    task[pid].state = 0;/* -1 unrunnable, 0 runnable, >0 stopped *///将task0设置为运行状态
    task[pid].task_entry = task[pid].thread.ip = (unsigned long)my_process; //task0的程序入口设置为my_process
    task[pid].thread.sp = (unsigned long)&task[pid].stack[KERNEL_STACK_SIZE-1];//指向栈的最高位置(应该是向下增长)
    task[pid].next = &task[pid];//构建一个环形链表
    /*fork more process */
    for(i=1;i<MAX_TASK_NUM;i++)
    {
        memcpy(&task[i],&task[0],sizeof(tPCB));
//void *memcpy(void *dest, const void *src, size_t n);
//从源src所指的内存地址的起始位置开始拷贝n个字节到目标dest所指的内存地址的起始位置中
//比如task_entry和thread.ip 就不变了。

        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];
    }
    /* 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 */
        "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*/
    );
//用于这段代码将esp和ebp都设置为task[pid].thread.sp的值，这样操作系统操作的就是该线程（进程）的私有堆栈
//把task[pid].thread.ip赋给eip，这样指令就按照task[pid]的ip执行了

} 

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);
        }     
    }
}

在中断文件中

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 */    //1f是接下来程序后面标号为1的地方，也就是eip
            "pushl %3\n\t" 
            "ret\n\t"                 /* restore  eip *///对eip不能直接操作，只能通过这种先push然后ret的方式进行操作
            "1:\t"                  /* next process start here */
            "popl %%ebp\n\t"
            : "=m" (prev->thread.sp),"=m" (prev->thread.ip)//prev指的是当前的进程
            : "m" (next->thread.sp),"m" (next->thread.ip)//next指的是即将开始的进程
        ); 
        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 */
//先将ebp储存到自己的堆栈中，然后将esp记录下来。这样下次执行的时候，将esp恢复回去，然后popl %%ebp就可以了

            "movl %2,%%esp\n\t"     /* restore  esp */
            "movl %2,%%ebp\n\t"     /* restore  ebp */
//因为是第一次执行，ebp和esp都是堆栈的esp值，所以直接将参数2，也就是next->thread.sp赋给esp和ebp就行了


            "movl $1f,%1\n\t"       /* save eip */    
//将prev->thread.ip的值改为1f的值，程序下次调用就从上面的pop %%ebp开始

            "pushl %3\n\t" 
            "ret\n\t"                 /* restore  eip */
//这两句结合在一起，因为eip不能直接操作，所以需要先push，然后ret(包含pop到eip的动作)

            : "=m" (prev->thread.sp),"=m" (prev->thread.ip)
            : "m" (next->thread.sp),"m" (next->thread.ip)
        );          
    }   
    return;    
}

//针对else中的 mov $1f,%1\n\t进行讨论 

对论坛上 else中"movl $1f,%1\n\t" 的问题，看到老师的回复是“$1f放到eip里使用才算生效吧，不能见$1f就找标号1”。我的理解是这样的：if中的自然不必说，else中代码只有进程第一次被执行时候才会运行，此时将$1f存入prev->thread.ip，但当进程被重新调度执行的时候，此时进入了if代码块中，因此将执行if代码块中的1：标号处的代码，所以else中没有"1："也就不奇怪了。

 

其他类似链接：

http://blog.csdn.net/chenjinlei456/article/details/44257313

http://segmentfault.com/a/1190000002595198