一个简单的时间片轮转多道程序内核代码
2017-02-26 15:15
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陈可 原创作品转载请注明出处 《Linux内核分析》MOOC课程http://mooc.study.163.com/course/USTC-1000029000
输出寄存器
输入寄存器
会被修改的寄存器 );
其中,“汇编语句”是你写汇编指令的地方;“输出寄存器”表示当这段嵌入汇编执行完之后,哪些寄存器用于存放输出数据。此地,这些寄存器会分别对应一C 语言表达式或一个内存地址;“输入寄存器”表示在开始执行汇编代码时,这里指定的一些寄存器中应存放的输入值,它们也分别对应着一C变量或常数值。
所以先构建这个平台,然后运行一下看下效果:
,其余时间输出my_start_kernel here+i的效果
mypcb.h主要就是定义了一个进程控制块(PCB)的数据结构
嵌入式汇编代码中%0,%1,%2..代表输出输入部分的第0,1,2..个寄存器init my_start_kernel函数先MAX_TASK_NUM个进程,这些进程都“指向”void my_process(void),然后将这些进程的next都初始化,方便之后进行进程调度。在void my_process(void)中,程序会先每循环10000000次输出this is process+进程编号并判断是否需要调度了,若需要调度了,则自己主动调用调度算法my_schedule()。
my_timer_handler会先每执行1000次(也就是时钟中断到来1000次)就将是否需要进程调度flag置为1。
my_schedule()进程调度算法会先判断next进程是否已经执行过,若执行过,先保存prev进程的上下文,然后恢复next的上下文,修改eip。若没有执行过则将next进程的state置为已执行过,然后保存prev进程的上下文,修改eip。
嵌入式汇编基本格式:
asm(“汇编语句”输出寄存器
输入寄存器
会被修改的寄存器 );
其中,“汇编语句”是你写汇编指令的地方;“输出寄存器”表示当这段嵌入汇编执行完之后,哪些寄存器用于存放输出数据。此地,这些寄存器会分别对应一C 语言表达式或一个内存地址;“输入寄存器”表示在开始执行汇编代码时,这里指定的一些寄存器中应存放的输入值,它们也分别对应着一C变量或常数值。
mykernel平台
mykernel可以看作一个逻辑上的硬件平台,从my_start_kernel开始执行,并提供了时钟中断机制周期性执行my_time_handler中断处理程序,执行完后中断返回总是可以回到my_start_kernel中断的位置继续执行。当然中断保存现场恢复现场的细节都处理好了。我们的工作就是编写my_start_kernel和my_time_handler着两个函数。运行平台mykernel
课程一开始已经提供了my_start_kernel和my_time_handler这两个函数的简单实现来帮助我们熟悉这个平台。所以先构建这个平台,然后运行一下看下效果:
cd LinuxKernel/linux-3.9.4 rm -rf mykernel patch -p1 < ../mykernel_for_linux3.9.4sc.patch make allnoconfig make #编译内核请耐心等待 qemu -kernel arch/x86/boot/bzImage
分析代码:
mymain.c:
/* * linux/mykernel/mymain.c * * Kernel internal my_start_kernel * * Copyright (C) 2013 Mengning * */ #include <linux/types.h> #include <linux/module.h> #include <linux/proc_fs.h> #include <linux/kernel.h> #include <linux/syscalls.h> #include <linux/stackprotector.h> #include <linux/string.h> #include <linux/ctype.h> #include <linux/delay.h> #include <linux/ioport.h> #include <linux/init.h> #include <linux/initrd.h> #include <linux/bootmem.h> #include <linux/acpi.h> #include <linux/tty.h> #include <linux/percpu.h> #include <linux/kmod.h> #include <linux/vmalloc.h> #include <linux/kernel_stat.h> #include <linux/start_kernel.h> #include <linux/security.h> #include <linux/smp.h> #include <linux/profile.h> #include <linux/rcupdate.h> #include <linux/moduleparam.h> #include <linux/kallsyms.h> #include <linux/writeback.h> #include <linux/cpu.h> #include <linux/cpuset.h> #include <linux/cgroup.h> #include <linux/efi.h> #include <linux/tick.h> #include <linux/interrupt.h> #include <linux/taskstats_kern.h> #include <linux/delayacct.h> #include <linux/unistd.h> #include <linux/rmap.h> #include <linux/mempolicy.h> #include <linux/key.h> #include <linux/buffer_head.h> #include <linux/page_cgroup.h> #include <linux/debug_locks.h> #include <linux/debugobjects.h> #include <linux/lockdep.h> #include <linux/kmemleak.h> #include <linux/pid_namespace.h> #include <linux/device.h> #include <linux/kthread.h> #include <linux/sched.h> #include <linux/signal.h> #include <linux/idr.h> #include <linux/kgdb.h> #include <linux/ftrace.h> #include <linux/async.h> #include <linux/kmemcheck.h> #include <linux/sfi.h> #include <linux/shmem_fs.h> #include <linux/slab.h> #include <linux/perf_event.h> #include <linux/file.h> #include <linux/ptrace.h> #include <linux/blkdev.h> #include <linux/elevator.h> #include <asm/io.h> #include <asm/bugs.h> #include <asm/setup.h> #include <asm/sections.h> #include <asm/cacheflush.h> #ifdef CONFIG_X86_LOCAL_APIC #include <asm/smp.h> #endif void __init my_start_kernel(void) { int i = 0; while(1) { i++; if(i%100000 == 0) printk(KERN_NOTICE "my_start_kernel here %d \n",i); } }
myinterrupt.c:
/* * linux/mykernel/myinterrupt.c * * Kernel internal my_timer_handler * * Copyright (C) 2013 Mengning * */ #include <linux/kernel_stat.h> #include <linux/export.h> #include <linux/interrupt.h> #include <linux/percpu.h> #include <linux/init.h> #include <linux/mm.h> #include <linux/swap.h> #include <linux/pid_namespace.h> #include <linux/notifier.h> #include <linux/thread_info.h> #include <linux/time.h> #include <linux/jiffies.h> #include <linux/posix-timers.h> #include <linux/cpu.h> #include <linux/syscalls.h> #include <linux/delay.h> #include <linux/tick.h> #include <linux/kallsyms.h> #include <linux/irq_work.h> #include <linux/sched.h> #include <linux/sched/sysctl.h> #include <linux/slab.h> #include <asm/uaccess.h> #include <asm/unistd.h> #include <asm/div64.h> #include <asm/timex.h> #include <asm/io.h> #define CREATE_TRACE_POINTS #include <trace/events/timer.h> /* * Called by timer interrupt. */ void my_timer_handler(void) { printk(KERN_NOTICE "\n>>>>>>>>>>>>>>>>>my_timer_handler here<<<<<<<<<<<<<<<<<<\n\n"); }
分析
这两段代码很简单就是实现了在时钟中断到来时输出>>>>>>>>>>>>>>>>>my_timer_handler here<<<<<<<<<<<<<<<<<<,其余时间输出my_start_kernel here+i的效果
实现一个简单的时间片轮转多道程序内核代码
接下来通过修改my_start_kernel和my_time_handler这两个函数来实现一个简单的时间片轮转多道程序内核代码。分析老师提供的两个三个文件(mymain.c,myinterrupt.c和mypcb.h)
mypcb.h:
/* * linux/mykernel/mypcb.h * * Kernel internal PCB types * * Copyright (C) 2013 Mengning * */ #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; volatile long state; /* -1 unrunnable, 0 runnable, >0 stopped */ char 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);
mypcb.h主要就是定义了一个进程控制块(PCB)的数据结构
mymain.c
/* * 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].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( "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 */ "popl %%ebp\n\t" : : "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); } } }
嵌入式汇编代码中%0,%1,%2..代表输出输入部分的第0,1,2..个寄存器init my_start_kernel函数先MAX_TASK_NUM个进程,这些进程都“指向”void my_process(void),然后将这些进程的next都初始化,方便之后进行进程调度。在void my_process(void)中,程序会先每循环10000000次输出this is process+进程编号并判断是否需要调度了,若需要调度了,则自己主动调用调度算法my_schedule()。
myinterrupt.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 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; } 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) ); } else { next->state = 0; my_current_task = next; printk(KERN_NOTICE ">>>switch %d to %d<<<\n",prev->pid,next->pid); /* switch to new process */ asm volatile( "pushl %%ebp\n\t" /* save ebp */ "movl %%esp,%0\n\t" /* save esp */ "movl %2,%%esp\n\t" /* restore esp */ "movl %2,%%ebp\n\t" /* restore ebp */ "movl $1f,%1\n\t" /* save eip */ "pushl %3\n\t" "ret\n\t" /* restore eip */ : "=m" (prev->thread.sp),"=m" (prev->thread.ip) : "m" (next->thread.sp),"m" (next->thread.ip) ); } return; }
my_timer_handler会先每执行1000次(也就是时钟中断到来1000次)就将是否需要进程调度flag置为1。
my_schedule()进程调度算法会先判断next进程是否已经执行过,若执行过,先保存prev进程的上下文,然后恢复next的上下文,修改eip。若没有执行过则将next进程的state置为已执行过,然后保存prev进程的上下文,修改eip。
运行效果
总结:
每个进程都有它自己的堆栈,进程调度时调度算法会保存prev进程进程上下文(堆栈(用ebp,esp维护),寄存器),next进程会恢复进程上下文。相关文章推荐
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