minix3.1.8源代码解读（一）

在大二上学习《操作系统》这门课的时候，课程主要是以linux系统为案例，当时老师推荐我们去阅读minix3.1.8的源代码，minix3是基于微内核架构的类UNIX计算机操作系统，精巧而且完全开源，对于操作系统的入门者来说较容易理解。以下为本人在课程中整理的源代码阅读笔记，如果也有想要解读minix3.1.8源代码的朋友，推荐一款读代码的软件 source insight，利用其树状架构可以很清楚地追踪函数及变量定义。

一、Minix3的启动：

l  硬件读入引导程序，引导程序装入boot，Boot在内存中装入引导映像（包含内核、pm、fs等）

l  内核初始化（/Kernel/main.c）：

1、初始化进程表和特权进程表：

状态设成空闲、区别任务还是其他进程设置p_nr值、将priv[i]映射到ppriv_addr[i]等

2、初始化引导映像中的程序，将进程名、进程指针等都复制到proc表中，并设置它们的特权（是否允许陷阱、是否能够运行kernel call等等）；如果是内核任务或者根系统进程则可以立即被调度，其他进程则不能被调度；

3、初始化栈、建立内存映射、初始化寄存器值

4、初始化服务器的栈指针，将proc_ptr 指向当前进程，入队，设为可调度状态

5、系统任务system获得CPU，system初始化后进入阻塞状态

6、时钟任务获得CPU，它初始化后企图接受时钟中断程序发来的消息并阻塞

7、其他驱动程序和服务器进程获得CPU并初始化

8、CPU最后交给第一个普通用户进程INIT

l  Init执行/etc/rc脚本，启动其他不在引导映像中的驱动器和服务器（服务等），Rc脚本检查上次是否正常关机

l  Init根据/etc/ttytab文件为终端创建子进程，执行/usr/bin/getty等待用户登录，成功登陆后执行shell，等待用户命令

 

二、消息机制的实现：（/Kernel/proc.c）

l  构造notify（宏定义BuildNotifyMessage）：

1、将消息的类型改变为notify

2、调用get_uptime函数读取时钟节拍让通知中包含时间戳

3、判断消息的发起者，如果是HARDWARE，则置位目标进程的中断位图，如果是SYSTEM，则置位目标进程的信号位图

l  消息传递（do_ipc）

1、跟踪进程

2、同步消息传递则调用do_sync_ipc

异步消息传递调用mini_senda

l  同步的消息传递（do_sync_ipc）

1、检查各种错误：只有系统调用号码小于32的才允许调用；只有是接收信息才能将目的进程设为任意；指定的源进程和目的进程是否有效；发起进程是否允许向目的进程发送消息；该进程是否有特权发出调用

2、根据消息的类型调用函数

SENDREC：设置标志位关中断，继续调用SEND和RECEIVE

SEND：调用mini_send，判断是否完成发送

RECEIVE：清空IPC的状态位，调用mini_receive

NOTIFY：调用mini_notify

SENDNB:调用mini_send，未准备好时不堵塞

其他：出错

l  具体实现函数：

1、Mini_send:

检查目的进程是否因为等待本条消息而堵塞（等待的对象是本发送进程或是ANY），复制消息，接收进程通过复位RECEIVING位取消阻塞，将接收进程入队使它可以运行；如果接收进程不是在等待本条消息，检查死锁，将发送进程阻塞并入队到接收进程的等待发送队列的末尾

2、Mini_receive:

检查等待队列中是否有进程在等待发送消息，如果有则寻找目的进程并接收消息，将已完成接收消息的目的进程出队；否则如果队列为空则检查位图判断是否有挂起的通知，如果发现挂起的是本进程在等待的通知，则标记为不再挂起，并复制接收通知，返回OK；如果没有找到，则检查MF_ASYNMSG位看是否有挂起的senda，如果有则尝试异步接收；没有找到适合的消息，则再次检查死锁，将本进程堵塞

3、Mini_notify:

与mini_send类似，如果通知的接收者堵塞且在等待接收信息，那么构造消息发送，并使接收者离开等待队列；如果接收者没有等待消息，则置位挂起信号的位图并返回

4、Mini_senda:

清空表，重设表头地址和表中参数的数目；检查要发送的数量，将入口不为空且内核还没有处理的位读入；检查各种出错可能；检查接收者是否在等待本条消息，若是则复制发送；若不是，则告知接收者。如果接收者没有立即接收消息，则记录表头地址和参数数目

 

三、 进程调度

l  头文件定义在(/servers/sched/schedproc.h)

结构体包括进程的端点，标志位，最高允许特权级，当前特权级和时间片长度

l  初始化和接收消息（/servers/sched/main.c）

1、本地启动并初始化

2、等待下一条消息，如果是通知的话判断消息发送者是不是时钟，是的话检查时间戳是否已经过期，不做答复；如果不是时钟，则答复给发送者“功能没有实现”

3、向sched服务器发送消息请求操作

l  具体调度（/servers/sched/schedule.c）

1、do_noquantum：

时间片用完后，如果本进程的优先级高于普通进程的最低优先级，则将进程降级，由内

核将该进程挂到队伍末尾

2、do_stop_scheduling：

接收来自PM和RS的所有消息，设置标志位表示schedule的插槽停止使用

3、do_start_scheduling:

接收来自PM和RS的所有消息，端口有效时根据消息设置该进程的schedproc的端点等内容，检查schedproc的类型，如果是刚生成的，则设置优先级为可允许的最高优先级，分配完整时间片，如果是继承父母的，则设置优先级和时间片长度都与父母进程的一致。设置标志位表明schedproc的插槽正在使用。接管调度的过程，利用内核调用回复消息填充进程当前的优先级和时间片。利用系统调用分配时间片。标记自己为新的调度。

4、do_nice:

保留请求进程的旧信息（包括旧的优先级、旧的最高优先级），将新的优先级设为最高优先级，由内核将其挂回队伍中，如果挂回过程中发生错误，则恢复旧的值

l  定时升级（balance_queues）

设置定时，每100ticks将时间片运转完的进程的优先级提高一级

 

四、时钟服务

l  启动定时器中断处理（bsp_timer_int_handler）：

1、先获得现时的tick数（lost_ticks为clock_task未执行的时候外部记录的tick数，要将其加到当前时间中），更新时间

2、调用中断处理函数

3、若下次timeout时间已到，证明计时器过时，要通知clock task

l  获得节拍数（get_uptime）：

返回自系统启动后经过的ticks数

l  新设计时器（set_timer）：

1、将新的timer结构体插入clock_timers队列，注意这个队列是按照溢出时间由小到大排列的

2、用clock_timers->tmr_exp_time设定新的下次timeout的时间

l  删除计时器（reset_timer）：

1、将不再需要的计时器从有效和过期的timer队列中删除，更新下次timeout的时间

2、若timer队列为空，则设定下次timeout时间为NEVER

l  更新负载（load_update）：

1、将准备好的进程入队，计算平均负载

2、更新结构的时间

l  中断处理函数（ap_timer_int_handler）：

1、若进程可以计费则更新它的系统时间和剩余节拍数

2、递减虚拟计时器，如果适用，递减当前进程的虚拟和真正计时器

3、如果计时器过期，则发出信号

4、更新平均负载