基于mykernel的时间片轮转调度
学号: 363
原创作品,转载请注明出处。
本实验资源来源: https://github.com/mengning/linuxkernel/
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-3.9.4 rm -rf mykernel patch -p1 < ../mykernel_for_linux3.9.4sc.patch make allnoconfig make 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 <linux/types.h> #include <linux/string.h> #include <linux/ctype.h> #include <linux/tty.h> #include <linux/vmalloc.h>#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<MAX_TASK_NUM;i++){memcpy(&task[i],&task[0],sizeof(tPCB));task[i].pid = i;//*(&task[i].stack[KERNEL_STACK_SIZE-1] - 1) = (unsigned long)&task[i].stack[KERNEL_STACK_SIZE-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 */: : "c" (task[pid].thread.ip),"d" (task[pid].thread.sp) /* input c or d mean %ecx/%edx*/); } int i = 0;void my_process(void) { 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 <linux/types.h> #include <linux/string.h> #include <linux/ctype.h> #include <linux/tty.h> #include <linux/vmalloc.h>#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 1if(time_count%1000 == 0 && my_need_sched != 1){printk(KERN_NOTICE ">>>my_timer_handler here<<<\n");my_need_sched = 1;} time_count ++ ; #endifreturn; }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。
转载于:https://www.cnblogs.com/xiguas/p/10519273.html
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