学号： 363

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一、 实验环境配置

本次实验在实验楼完成：

在实验楼的终端下输入下面命令：

cd LinuxKernel/linux-3.9.4rm -rf mykernelpatch -p1 < ../mykernel_for_linux3.9.4sc.patchmake allnoconfigmake qemu -kernel arch/x86/boot/bzImage

可查看运行结果：

 关闭qemu窗口，进入mykernel文件夹，可以查看mymain.c和myinterrupt.c文件。

mymain.c的代码不断循环的去执行,周期性的产生时钟中断信号,去执行myinterrupt.c的代码。

 

二、实现时间片轮转多道程序

将mymain.c，myinterrupt.c，mypcb.h三个文件复制替换到mykernel文件夹下。

运行如下：

可以看到进程1切换到了进程2。

三、时间片轮转多道程序的代码分析

mypcb.h

/* *  linux/mykernel/mypcb.h * *  Kernel internal PCB types * *  Copyright (C) 2013  Mengning * */#define MAX_TASK_NUM        4#define KERNEL_STACK_SIZE   1024*2 # unsigned long/* 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 */    unsigned long stack[KERNEL_STACK_SIZE];    /* CPU-specific state of this task */    struct Thread thread;    unsigned long    task_entry;    struct PCB *next;}tPCB;void my_schedule(void);

可以看到最大进程数定义为四个,程序控制块PCB中定义了pid,状态statue,线程thread,进程入口函数task_entry等.

 

mymain.c文件

/* *  linux/mykernel/mymain.c * *  Kernel internal my_start_kernel * *  Copyright (C) 2013  Mengning * */#include 
     
      #include 
      
       #include 
       
        #include 
        
         #include 
         
          #include "mypcb.h"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;    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
          
           pid); if(my_need_sched == 1) { my_need_sched = 0; my_schedule(); } printk(KERN_NOTICE "this is process %d +\n",my_current_task->pid); } }}
          
         
        
       
      
     

 

在这个文件中void __init my_start_kernel(void)这个函数fork了4个新进程,把新fork的进程加入到进程链表在这个文件中。

汇编过程如下：

（1）将0号进程的esp的值赋给ESP寄存器

（2）将0号进程的esp的值压栈（此时堆栈状态为进程0的堆栈）

（3）将0号进程的eip的值压栈

（4）通过ret指令，让栈顶的eip的值出栈到EIP寄存器中（间接改变EIP寄存器的值），完成进程0的启动

 

myinterupt.c

/* *  linux/mykernel/myinterrupt.c * *  Kernel internal my_timer_handler * *  Copyright (C) 2013  Mengning * */#include 
     
      #include 
      
       #include 
       
        #include 
        
         #include 
         
          #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 */    {                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)        );     }      return;    }
         
        
       
      
     

通过my_time_handler()函数定时地不断向cpu发出中断，从而实现了时间片轮转。每调用1000次，就去将全局变量my_need_sched的值修改为1，通知正在执行的进程执行调度程序my_schedule。从而在my_schedule函数中完成进程的不断切换。

 

四、总结

（1）进程和中断在操作系统是是非常重要的两个部分，需要熟练掌握。

（2）EIP寄存器储存着当前执行的代码，可以通过更改EIP寄存器的值来更改当前执行的代码，从而实现进程切换。出于安全考虑，EIP寄存器的值不能被直接改变，但可以通过压栈+ret指令来间接改变。

（3）进程在执行过程中,当时间片用完之后需要进程切换时,需要保存当前的执行上下文环境,下次被调度的时候,需要回复进程的上下文环境。