刘森林
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《Linux内核分析》MOOC课程http://mooc.study.163.com/course/USTC-1000029000 ”
1、实验图
这次试验的内核由Linux3.9.4修改而来，详情见https://github.com/mengning/mykernel
2、代码分析
mypcb.h
#define MAX_TASK_NUM 4 //最大的任务数
#define KERNEL_STACK_SIZE 1024*8 //每个进程堆栈的大小
/* CPU-specific state of this task */
struct Thread {
unsigned long ip; //对应于eip
unsigned long sp; //对应于esp
};
typedef struct PCB{
int pid; //进程id
volatile long state; /*进程状态 -1 unrunnable, 0 runnable, >0 stopped */
char stack[KERNEL_STACK_SIZE]; //堆栈空间
/* CPU-specific state of this task */
struct Thread thread; //线程结构体
unsigned long task_entry; //入口地址
struct PCB *next; //下一个进程
}tPCB;入口函数
extern tPCB task[MAX_TASK_NUM]; //进程空间
extern tPCB * my_current_task; //当前进程
extern volatile int my_need_sched; //
volatile int time_count = 0;
void __init my_start_kernel(void)
{
int pid = 0; // 初始进程id 0
int i;
/* Initialize process 0 初始化第一个进程 */
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;//进程的入口和进程的eip都为my_process
task[pid].thread.sp = (unsigned long)&task[pid].stack[KERNEL_STACK_SIZE-1];//进程的esp大小为KERNEL_STACK_SIZE，初始化esp指向它的末尾
task[pid].next = &task[pid]; //初始化进程的下个进程为自己
/*fork more process ，fork更多的进程 */
for(i=1;i<MAX_TASK_NUM;i++) {
memcpy(&task[i],&task[0],sizeof(tPCB)); //进程状态简单复制
task[i].pid = i; //进程pid
task[i].state = -1; //状态为未运行
task[i].thread.sp = (unsigned long)&task[i].stack[KERNEL_STACK_SIZE-1]; //堆栈地址
task[i].next = task[i-1].next; //进程链
task[i-1].next = &task[i]; //双向链
}
/* start process 0 by task[0] */
pid = 0; my_current_task = &task[pid]; //汇编运行0号进程
asm volatile(
"movl %1,%%esp\n\t" /* set task[pid].thread.sp to esp 使用进程的堆地址，即esp指向进程的堆空间*/
"pushl %1\n\t" /* push ebp 这里为什么是push ebp不懂了，理论上是压入了esp的地址（老师解释这里是由于栈是空的ebp等于esp）*/
"pushl %0\n\t" /* push task[pid].thread.ip，压入eip地址，等待运行 */
"ret\n\t" /* pop task[pid].thread.ip to eip，回顾上一周的课程可知，这里是把eip的地址指向了task[pid].thread.ip的地址了,并popl了一次*/
"popl %%ebp\n\t" /*弹出ebp，整个进程空间释放了*/
:
: "c" (task[pid].thread.ip),"d" (task[pid].thread.sp) /* input c or d mean %ecx/%edx*/);
}
//下面是进程工作的代码，代码很简单就是 每10000000 来运行一次，相隔着来进行进程的调度切换，至于是否调度切换是有标志my_need_sched 来决定的。
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);
}
}
} 调度函数my_schedule（）
<pre name="code" class="cpp">void my_schedule(void)
{
tPCB * next;
tPCB * prev;
//当当前进程为空或当前进程没下个可以进行的进程时出错返回，至于这是什么情况下发生呢？
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;
//如果下个进程正在运行
if(next->state == 0)/* -1 unrunnable, 0 runnable, >0 stopped */
{
/* switch to next process */
asm volatile(
"pushl %%ebp\n\t" /* save ebp ，保存当前进程的ebp，保存现场 */
"movl %%esp,%0\n\t" /* save esp ，保存当前进程的esp到 prev->thread.sp*/
"movl %2,%%esp\n\t" /* restore esp，读取下个进程的esp */
"movl $1f,%1\n\t" /* save eip ，保存eip，即存储1 编号出的指针运行地址到prev->thread.eip中
*/
"pushl %3\n\t" /*压入下个进程的ip，注意如果进程运行过的话，这里的thread.ip指向的是标号1:的位置*/
"ret\n\t" /* restore eip ,运行下个进程，并popl掉%3 */
"1:\t" /* next process start here ，上个进程（ret的进程运行完了），恢复为原来进程*/
"popl %%ebp\n\t" /*弹出ebp，恢复现场*/
: "=m" (prev->thread.sp),"=m" (prev->thread.ip)
: "m" (next->thread.sp),"m" (next->thread.ip)
);
my_current_task = next;
printk(KERN_NOTICE ">>>switch %d to %d<<<\n",prev->pid,next->pid);
}
else
{
//下个进程还没运行，则切换到新的进程
next->state = 0; //改变下个进程的状态
my_current_task = next; //当前进程指向下个进程
printk(KERN_NOTICE ">>>switch %d to %d<<<\n",prev->pid,next->pid);
/* switch to new process */
asm volatile(
"pushl %%ebp\n\t" /* save ebp，保存当前进程的ebp */
"movl %%esp,%0\n\t" /* save esp，保存当前进程的esp到 prev->thread.sp*/
"movl %2,%%esp\n\t" /* restore esp，读取下个进程的esp */
"movl %2,%%ebp\n\t" /* restore ebp ，赋值ebp，使得esp=ebp*/
"movl $1f,%1\n\t" /* save eip ，保存eip，即存储1编号出的指针运行地址到prev->thread.eip中*/
"pushl %3\n\t" /*压入下个进程的ip*/
"ret\n\t" /* restore eip，运行下个进程 */
: "=m" (prev->thread.sp),"=m" (prev->thread.ip)
: "m" (next->thread.sp),"m" (next->thread.ip)
);
}
return;
} 定时中断函数
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;
}
//定时器中断，每1000下进行my_need_sched的检查，如果不为1，则置其为1使其进程调度总结
从上文的简单的内核进程切换代码，可以看出系统运行，在各个进程间如何通过ebp和esp的改变和保存，来进行上下文切换的。另外系统通过时间中断来使得各个进程获得了切换的机会，这是个时分复用的内核机制。在真正的系统，中断有很多种，例如时钟，各种硬件IO等，内核接收到这些中断后，进行对应的进程切换，使得系统进程可以进行各种对应的处理操作。