完成一个简单的时间片轮转多道程序内核代码

王康 + 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 ”

分别是1 存储程序计算机工作模型，cpu执行程序的基础流程；

2 函数调用堆栈：各种寄存器和存储主要是为了指令的传取值，通过eip,esp,eax,ebp和程序内存的分区，搭配push pop call return leave等一系列指令完成函数调用操作。

3 中断：多道批程序！

在复习一下上一讲的几个重要指令：

先leave再ret（恢复栈帧后恢复指令序列）

call压栈指令序列

enter用于进入函数时候，压入上一个ebp，同时两者指向新的栈帧开头（所以都是先call然后进入调用函数内部再保存上一个ebp）

1，函数调用堆栈

甚至提供了leave enter来简洁指令

3：用eax保存返回值，如果eax返回是个内存地址，内存地址可以指向返回数据（引用）

编译器不同，可能反汇编有些差异（不同指令序列可以实现相同功能）

所以仍需分析一下函数调用堆栈机制：

程序比较简单，cs代码段就是相同的，所以可省略这一部分。

以上都是连续的指令流，但如何从一个进程此程序如何调到另一个进程程序？

中断，cpu内部工作（不仅是把esp ebp压栈）

深入理解函数调用堆栈的工作机制：

前边加入enter建立堆栈框架，和leave ret拆除。搭配call和ret完成一次调用执行流。

执行刚刚进入函数体时的状态：

退出：mov ebp,esp清除栈，pop ebp恢复原来状态

举例分析：

调用call之前，push了两个。为什么不直接push y反而变址寻址0Xfffffff8(%ebp)呢?

因为建立当前栈框架时候就把局部变量放到了内部，就可以用一个变址寻址找到。

call之后发现ebp和x之间隔了一个cs:ip的值所以是+8,+c

最后因为当前参数还在栈框架中，所以之前准备的要清理掉

保存返回值用eax放到利用变址寻址找到的局部变量z中。

可能跟printf右结合顺序有关，所以先push y后x，z

最后，调用printf机制相同。

局部变量的变址寻址，

sub $0x18,esp在堆栈中预留一段空间来分配局部变量（这也是为什么c变量声明要放在头部，这样可以直接全部放入；现在编译器优化后可以扫描整个直接放入，所以不强调局部变量必须放在头部）

char c=’a’是把ASCII码放入

总结：

1 从main开始执行，系统自动建立的main堆栈；

2 调用p1时候：

3，p1 return回到初始状态；执行p2同p1，之后p2 ret就整个回到main中

（同时每次会把eax结果赋值给局部变量）

三级调用：

逐级压入，逐级退出

2，借助linux内核部分源代码模拟存储程序计算机工作模型及时钟中断

之前介绍了x86汇编和函数调用堆栈，现在利用mykernel实验模拟计算机硬件平台

虚拟一个x86cpu，使用linux源代码把cpu配置好开始执行我们的程序。

中断：中断信号发生时候，cpu和内核代码把当前esp eip ebp压入内核堆栈，然后把eip指向中断处理程序入口，执行中断处理程序！

（本次实验模拟时钟中断：每隔一段时间时钟中断发生一次，进而实现时间片轮转）

3，实验：

qemu把内核加载进去。

系统唯一进程mymain.c和时钟中断myinterrupter.c-------------只要在mymain.c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，一个可运行的小OS kernel就完成了。

mymain.c:

之前都是硬件准备的工作，在这里是操作系统启动，执行代码是：

每循环10万次打印一次

myinterrupt.c:

因为linux已经完成获取进入时钟中断代码，我们只要每次中断发生时候实际中断处理动作即可

4，在mykernel基础上构造一个简单的操作系统

嵌入方法语法：

_asm_(  ..  )相当于c语言代码，整体可以看做一个函数。

输出部分输入部分类似函数堆栈的参数，例如ret是一个输出部分。

%%为了转义字符，结尾\n\t

%1指输出输入部分（第一个输出输入是0开始）即:”c”(val1),

这里c代表ecx寄存器即用ecx存储val1的值。之后把val1 + eax放入eax

%2是edx(val2)

最后放入%0就是val3，”m”就是内存变量而非寄存器；类似(%eax)

在输入输出部分的限定符；

r让编译器自动选择一个通用寄存器放入

= 表示只写的

+ 读写类型

最后eax是破坏描述部分，即这段代码可能破坏eax

分析：1 把eax赋值为0  2 把eax放入m即temp变量  3  再把r即input=1放入eax

4 把eax赋值给output 所以流程是交换了值（中间记得输入输出有自动取局部变量值过程）

构造一个简单内核：实验二

编译如下文的c文件，完成后make再执行一次

代码分析：

mypcb.h定义了进程控制块，实际在linux叫tasks_struct

thread存储eip esp

定义了进程管理相关的数据结构：

char stack[]内核堆栈

task_entry指定入口

调度器

mymain.c:

声明了一个task数组，是否需要调度标志

从init_mykernel开始分析：

0正在运行状态；

入口为my_process，实际是mystartkernel

堆栈栈底是定义的stack。

next还是指向他自己，然后fork很多其他进程

把0号进程状态都copy过来，用自己的堆栈

新fork进程加入进程列表尾部

之后启动0号进程；

之后用了嵌入式汇编：

把thread.sp放入esp，当前栈空直接push esp相当于push ebp

再把ip压栈，ret是把这个ip pop最后popl ebp

0号进程做的工作就是my_process：其他进程也是

1千万次输出1次，

这是一种主动调度机制（即代码中if(my_need_sched == 1)），调度完从my_schedule(0开始继续执行

---另外一种是抢占式调度

myinterrupt.c:如何调度

最后有个时间计数

时钟中断发生1千次，并且标志不为1就设置为1.

my_schedule出错处理，之后是：

把当前进程下一个进程赋值给next，如果当前进程正在执行，就进行进程切换：

保存ebp esp赋值给sp

把下一个进程sp放入esp

保存eip

pushl 3 ：把下一个进程eip push进来

如果进程是新进程还没有执行过，就用else处理

置为运行时状态，作为当前正在执行进程

保存ebp esp，restore eip esp ebp，把当前进程入口保存，ret

 

对“操作系统是如何工作的”理解:

操作系统内核有一个起始位置，从这个起始位置开始执行。在执行了一些初始化操作，比如进程的状态设置，各个进程的栈的空间的分配后，将CPU分配给第一个进程，开始执行第一个进程，然后通过一定的调度算法度，比如时间片轮转，在一个时间片后，发生中断，第一个进程被阻塞，在完成保存现场后将CPU分配给下一个进程，执行下一个进程。这样，操作系统就完成了基本的进程调度的功能。