李亞健 《Linux核心分析》MOOC課程http://mooc.study.163.com/course/USTC-1000029000
一、實驗過程:
實驗内容為完成一個簡單的時間片輪轉多道程式核心代碼
1.根據老師指導按照實驗步驟,在實驗樓環境下打開shell:
cd LinuxKernel/linux-3.9.4
rm -rf mykernel
patch -p1 < ../mykernel_for_linux3.9.4sc.patch
make allnoconfig
make
qemu -kernel arch/x86/boot/bzImage
然後 cd mykernel
看到mymain.c和myinterrupt.c.
2.将老師github的mypcb.h/mymain.c/myinterrupt.c拷貝到實驗樓環境的mykernel下,再按照實驗步驟進行,即可看到實驗的排程過程.修改這三個檔案:
mypcb.h:
mymain.c:
myinterrupt.c:
3.重新make編譯一下,然後執行會看到結果:
二、分析該精簡核心的源代碼。
1.mypcb.h對結構體和函數進行了定義.定義了線程的ip與sp 線程的結構,其中SP寄存器指向目前線程棧的棧頂,這樣通過SP就能完成出入棧的操作;IP指向目前操作指令,一開始指向線程啟動函數,後面按照代碼的一層層調用,執行相應指令,接下來定義了程序控制塊PCB的初始資訊。
2.mymain.c中__init my_start_kernel 函數是核心的入口,它完成了初始化程序并啟動程序的工作。 程序建立完畢後,将my_current_task指針指向0号程序,通過嵌入式彙編代碼,開始執行。這個嵌入式代碼實際上是開辟了新的棧幀空間,類似于上一課,也與myinterrupt.c的程序切換類似。 每個程序都執行my_process(void),i%10000000 == 0,列印程序号,略小于1s的時間。
3.myinterrupt.c中my_timer_handler被核心的定時器周期性調用,當計數到1000時執行程序切換。
4.其中的内嵌彙編代碼為核心:
"pushl %%ebp\n\t"
"movl %%esp,%0\n\t"
"movl %2,%%esp\n\t"
"movl %2,%%ebp\n\t"
"movl $1f,%1\n\t"
"pushl %3\n\t"
"ret\n\t"
: "=m" (prev->thread.sp),"=m" (prev->thread.ip)
: "m" (next->thread.sp),"m" (next->thread.ip)
"pushl %%ebp\n\t"
"movl %%esp,%0\n\t"
"movl %2,%%esp\n\t"
"movl %2,%%ebp\n\t"
"movl $1f,%1\n\t"
"pushl %3\n\t" "ret\n\t"
: "=m" (prev->thread.sp),"=m" (prev->thread.ip)
: "m" (next->thread.sp),"m" (next->thread.ip)
三、了解作業系統是如何工作的。
1. Linux作業系統的正常工作可以說有三個非常重要的部分,就是我們的存儲程式原理、堆棧以及中斷的支援。 作業系統對程序的管理主要就是程序的管理和排程,我們為每個程序維護一個程序描述和以及程序間的關系。我們的核心的工作主要有兩部分組成,首先運作有一個核心線程,然後就是一些中斷處理程式的集合,我們在中斷處理程式中要就行程序的排程。
2.Linux作業系統由核心來實作具體工作的,一個程序是通過系統調用fork()函數來建立的,先是将先前CPU正在運作的程序的程序上下文儲存在核心态堆棧中,包括有eip,esp,ebp,cs等寄存器的資料;然後加載建立的程序的上下文資訊到相應的寄存器中,運作目前建立程序;運作完畢後根據系統的排程繼續執行相應的程序。Linux作業系統是多程序的作業系統,不同的程序就是基于以上的方式有作業系統實作排程運作的。同時,作業系統以一種中斷的機制實作與使用者的互動。作業系統中的IDT描述好各個中斷對應的處理程式,當發生相對應的中斷時,由硬體來實作中斷信号的傳遞,CPU接收到相應的IRQ信号後,由作業系統如排程程序那樣排程相應的處理程式,來完成相應的中斷請求,實作與使用者的互動。
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