2019-2020-1 20199301《Linux内核原理与分析》第三周作业

操作系统是如何工作的

本章目标是在mykernel的基础上编写一个简单的内核

一、学习笔记

1.计算机的三个法宝:a.存储程序计算机;b.函数调用堆栈;c.中断

  • 存储程序计算机(所有计算机的基础性的逻辑框架);
  • 函数调用堆栈(C语言程序运行时必须使用的记录函数调用路径和参数存储的空间);
    • 堆栈具体的作用:
      • 记录函数调用框架
      • 传递函数参数
      • 保存返回值的地址
      • 提供函数内部局部变量的存储空间
    • 堆栈相关的寄存器:
      • ESP:堆栈指针
      • EBP:基址指针
    • 堆栈操作:
      • push:栈顶地址减少4个字节,并将操作数放进栈顶存储单元
      • pop:栈顶地址增加4个字节,并将栈顶存储单元的内容放入操作数
    • 其他关键寄存器:
      - CS:EIP:总是指向地址连续的下一条指令
      - 跳转/分支:执行这样的命令时,CS:EIP的值会根据程序需要被修改
      - call:将当前CS:EIP的值压入栈顶,CS:EIP指向被调用函数的入口地址
      - ret:从栈顶弹出原来保存在这里CS:EIP的值,放入CS:EIP

      - 堆栈特别关键的就是函数调用堆栈框架

二、实验

  • LinuxKernel/linux-3.9.4/mykernel目录下可以看到qemu窗口
    • 代码
cd LinuxKernel/linux-3.9.4
qemu -kernel arch/x86/boot/bzImage

- QEMU窗口

- 查看mymain.c


每循环10 000次,打印一句话。

- 查看myinterrupt.c


每执行一次,都会执行一次时钟中断。

下面是简单的时间片轮转机制内核代码:

mypcb.h

#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);
- 定义一个进程控制块pcb结构体
- task_entry:进程入口函数
- thread:保存eip和esp
- state:进程状态,用于判断是否调度

mymain.c

主要功能是让程序从0号进程开始运行,只列下面这段代码是核心。

asm volatile(

//%0表示参数thread.ip%1表示参数thread.sp"movl %1,%%esp\n\t"     /* set task[pid].thread.sp to esp 把参数thread.sp放到esp中*/

"pushl %1\n\t"    /* push ebp 由于当前栈是空的,espebp指向相同,所以等价于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*/

); 

myinterrupt.c

主要功能是用于时钟中断处理和进程调度算法。

asm volatile(

"pushl %%ebp\n\t" /* save ebp 保存当前进程的ebp*/

"movl %%esp,%0\n\t" /* save esp 把当前进程的esp赋给%0(指的是thread.sp),即保存当前进程的esp*/

"movl %2,%%esp\n\t" /* restore esp 把%2(指下一个进程的sp)放入esp中*/

"movl $1f,%1\n\t" /* save eip $1f是接下来的标号“1:”的位置,把eip保存下来*/

"pushl %3\n\t" /*把下一个进程eip压栈*/

"ret\n\t" /* restore eip 下一个进程开始执行*/

"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)

);

三、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。

操作系统是如何工作的?

操作系统通过存储程序计算机机制依次执行程序的指令,堆栈为程序运行时录调用路径和参数提供空间,中断用于异常处理和进程调度。

posted on   洛桑曲珍20199301  阅读(188)  评论(0编辑  收藏  举报

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