20135337朱荟潼 Linux第二周学习总结——操作系统是如何工作的

一、计算机是如何工作的——总结

三个法宝

存储程序计算机、函数调用堆栈、中断机制

二、堆栈

1.是c语言程序运行时必须的一个记录调用路径和参数的空间。

函数调用框架、传递参数、保存返回地址、提供局部变量空间

2.相关寄存器

esp 堆栈指针
ebp 基址指针（记录当前函数调用基址）

3.操作

push 栈顶地址减少4个字节
pop 栈顶地址增加4个字节

4.其他寄存器

cs：eip  总是指向下一条的指令地址
-顺序：总是指向地址连续的下一条的指令地址；
-跳转/分支：根据程序需要被修改；
call：将当前cs：eip值压栈，cs：eip指向被调函数入口地址。
ret：从栈顶弹出原来保存在此的cs：eip值，放入cs：eip中。

5.参数传递与局部变量

举例分析

6.函数调用（两级、三级）

三、C代码中嵌入汇编代码

1.内嵌汇编语法

2.举例分析

四、实验及分析（mykernel）

执行



mymain.c



(分析：开始启动操作系统；1.【89行】每循环十万次打印一次mykernel（可以修改循环次数）)

myinterrupt.c



（分析：每次时钟中断都调用一次printk并输出）

五、进程分析

在mykernel基础上构造的简单的操作系统内核

1.mypcb.h

分析：【14行】定义thread用于存储eip和esp。【20、21、22行】定义pid就是进程的ID；进程状态；内核堆栈。（进程管理相关的数据结构）【25行】程序入口。【26行】用链表连接起来。【29行】调度器。

2.mymain.c

内核初始化和0号进程启动







分析：

【20行】设定是需要调度的标准。

【30、31、32行】初始化0号进程的数据结构；状态是正在运行；入口是myprocess。

【33行】堆栈的栈顶。【34行】进程刚启动时指向它自己（只有0号进程在）。

【35行】创建更多的进程。

【41行】每个进程都有自己的堆栈。

【42行】指向下一个进程。

【43行】将新创建的进程加到进程的尾部，从而建立很多的进程。

【46行】启动0号进程。

【48行——56行：汇编代码，内核初始化工作】%1-指55行的sp（可以看做是函数参数，1号参数就是指thread.sp）。【50行】push了1号参数ebp。【51行】将当前的eip压栈。【52行】ret之后0号进程正式启动。

（有主动调度机制）

【64行】循环1000万次判断一次是否需要调度。

3.myinterrupt.c

分析：

【22——25行】my_timer_handler 函数会被内核周期性的调用，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。【22行】可以将时间片改小如：100，调度会频繁一点。

【52行】将当前进程付给下一个。

【57——71行】两个正在运行的进程之间进行上下文切换。【58】把当前进行的ebp保存起来，【59】把当前进程的esp赋给%0（指的是thread.sp），【60】把%2（指下一个进程的sp）放入esp中，【61】$1f是接下来的标号1：的位置，把eip保存，【62】把下一个进程eip压栈，【63】下一个进程开始执行

（###操作系统“两剑”：中断上下文、进程上下文的切换。）

【64行】切换到一个新进程的方法。【66、67行】将该进程置为执行状态，作为当前进程。

【71-79行：内嵌汇编】【71】保存ebp；【72】保存esp；【73、74】restore ebp；restore esp（此时ebp和esp都指向同一个位置，这个栈是空的）；【75】保存eip；【76】把当前进程入口保存起来；

进程分析总结

在my_schedule函数中，完成进程的切换。进程的切换分两种。

1.下一个进程没有被调度过。
2.下一个进程被调度过，可以通过下一个进程的state知道其状态。

进程切换通过内联汇编代码实现，需要保存之前的进程的eip和堆栈，然后将新进程的eip和堆栈的值存入相对应的寄存器中。

六、学习总结

通过本周学习，主要掌握了函数调用堆栈、进程上下文切换方法，学习过程中孟老师通过举例分析使得知识更加容易掌握，（比如，分析参数传递与局部变量的案例，清楚的学习栈的变化，指针的变化情况，这样对上一周堆栈变化知识是一次巩固复习，同时也是对这一周参数传递引起的堆栈变化的内容的学习）。