标签：通过 task ext 周期性 vscode iso 基础 vsc asm
按照https://github.com/mengning/mykernel 的说明配置mykernel 2.0，熟悉Linux内核的编译；
基于mykernel 2.0编写一个操作系统内核，参照https://github.com/mengning/mykernel 提供的范例代码
简要分析操作系统内核核心功能及运行工作机制
这里我通过xshell远程登录到后台虚拟机, 使用xshell向虚拟机传送数据很方便, 直接拖到窗口即可. 我们首先将两个文件mykernel-2.0_for_linux-5.4.34.patch以及linux-5.4.34.tar.xz通过上述方式传送到用户根目录下, 接着执行如下的命令, 编译内核并安装 qemu虚拟机:
xz -d linux-5.4.34.tar.xz
tar -xvf linux-5.4.34.tar
cd linux-5.4.34
patch -p1 < ../mykernel-2.0_for_linux-5.4.34.patch
sudo apt install build-essential libncurses-dev bison flex libssl-dev libelf-dev
sudo apt install qemu
make deconfig
make
注:
- 在Ubuntu16.04的环境下执行
sudo apt install build-essential libncurses-dev bison flex libssl-dev可能会出现 flex软件无定位的问题, 这里本次实验环境采用的Ubuntu18.04- 在编译时可以指定核心数, 这里我虚拟机配置是1核.....很慢很慢
编译完成后,我们尝试启动qemu虚拟机:
qemu-system-x86_64 -kernel arch/x86/boot/bzImage
可以看到虚拟机运行结果, my_start_kernel会周期性的执行
在Linux-5.3.34内核源代码根?录下进?mykernel?录，可以看到QEMU窗?输出的内容的代码mymain.c和myinterrupt.c，当前有?个虚拟的CPU执?C代码的上下?环境，可以看到mymain.c中的代码在不停地执?。同时有?个中断处理程序的上下?环境，周期性地产?的时钟中断信号，能够触发myinterrupt.c中的代码。这样就通过Linux内核代码模拟了?个具有时钟中断和C代码执?环境的硬件平台。我们只要在mymain.c的基础上继续写进程描述PCB和进程链表管理等代码，在myinterrupt.c的基础上完成进程切换代码，就可以完成?个可运?的?OS kernel.接下来,
?先在mykernel目录下增加?个mypcb.h头件用来定义进程控制块（Process ControlBlock), 也就是进程结构体的定义。
我们用vscode的Remote-ssh插件连接上我们的虚拟机, 在vscode中, 新建文件mypch.h
/*
* linux/mykernel/mypcb.h
*/
//最大的任务数
#define MAX_TASK_NUM 4
#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; /*进程号*/
volatile long state; /* -1 unrunnable, 0 runnable, >0 stopped */
char stack[KERNEL_STACK_SIZE]; /*进程使用的堆栈*/
/* CPU-specific state of this task */
struct Thread thread; /*当前正在执行的线程信息*/
unsigned long task_entry; /*进程的入口函数*/
struct PCB *next; /*next指针指向下一个PCB, 所有的PCB以链表的形式组织起来*/
}tPCB;
//调度函数
void my_schedule(void);
![]
接着,我们需要修改mymain.c, 加入我们的时间片轮转调度
/*
时间片轮转调度
*/
#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].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(
"movq %1,%%rsp\n\t" /* set task[pid].thread.sp to rsp */
"pushq %1\n\t" /* push rbp */
"pushq %0\n\t" /* push task[pid].thread.ip */
"ret\n\t" /* pop task[pid].thread.ip to rip */
:
: "c" (task[pid].thread.ip),"d" (task[pid].thread.sp) /* input c or d mean %ecx/%edx*/
);
}
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);
}
}
}
接着, 我们需要对myinterrupt.c进行修改, 在时间片使用完之后要完成进程的切换
#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.
*/
void my_timer_handler(void)
{
if(time_count%1000 == 0 && my_need_sched != 1)
{
printk(KERN_NOTICE ">>>my_timer_handler here<<<\n");
my_need_sched = 1;
}
time_count ++ ;
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(
"pushq %%rbp\n\t" /* save rbp of prev */
"movq %%rsp,%0\n\t" /* save rsp of prev */
"movq %2,%%rsp\n\t" /* restore rsp of next */
"movq $1f,%1\n\t" /* save rip of prev */
"pushq %3\n\t"
"ret\n\t" /* restore rip of next */
"1:\t" /* next process start here */
"popq %%rbp\n\t"
: "=m" (prev->thread.sp),"=m" (prev->thread.ip)
: "m" (next->thread.sp),"m" (next->thread.ip)
);
}
return;
}
最后, 我们将内核重新编译, 然后运行
? 在my_timer_handler 中, 每执行1000次循环就会将my_need_sched这个值改为1, 然后my_start_kernel就会发生进程切换
进程切换核心代码:
asm volatile(
"pushq %%rbp\n\t" /* 1 save rbp of prev */
"movq %%rsp,%0\n\t" /* 2 save rsp of prev */
"movq %2,%%rsp\n\t" /* 3 restore rsp of next */
"movq $1f,%1\n\t" /* 4 save rip of prev */
"pushq %3\n\t" /* 5 save rip of next */
"ret\n\t" /* 6 restore rip of next */
"1:\t" /* 7 next process start here */
"popq %%rbp\n\t" /* 8 restore rbp of next */
: "=m" (prev->thread.sp),"=m" (prev->thread.ip)
: "m" (next->thread.sp),"m" (next->thread.ip)
);
}
这段代码老师上课也是讲过的, 大致过程如下:
pushq %%rbp保存prev进程（本例中指进程0）当前RBP寄存器的值到堆栈；
movq %%rsp,%0保存prev进程（本例中指进程0）当前RSP寄存器的值到prev->thread.sp，这时RSP寄存器指向进程的栈顶地址，实际上就是将prev进程的栈顶地址保存；%0、%1...指这段汇编代码下?输?输出部分的编号。
movq %2,%%rsp将next进程的栈顶地址next->thread.sp放?RSP寄存器，完成了进程0和进程1的堆栈切换。
movq $1f,%1保存prev进程当前RIP寄存器值到prev->thread.ip，这?$1f是指标号1
pushq %3把即将执?的next进程的指令地址next->thread.ip?栈，这时的next->thread.ip可能是进程1的起点my_process(void)函数，也可能是$1f（标号1）。第?次被执?从头开始为进程1的起点my_process(void)函数，其余的情况均为$1f（标号1），因为next进程如果之前运?过那么它就?定曾经也作为prev进程被进程切换过。
ret就是将压?栈中的next->thread.ip放?RIP寄存器，为什么不直接放?RIP寄存器呢？因为程序不能直接使?RIP寄存器，只能通过call、ret等指令间接改变RIP寄存器。
标签：通过 task ext 周期性 vscode iso 基础 vsc asm
原文地址：https://www.cnblogs.com/sa19225475/p/12853444.html
