基于mykernel实现的时间片轮转调度代码分析

前言

 作者：廖弘俊

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 

本文为《Linux内核分析》MOOC课程 第二周作业

直接按照作业说明在本地搭建好本课的环境，然后将mypcb.h 等三个文件复制过来重新编译。

下面是效果：

好了，下面是mypcb.h（进程控制块）的代码

#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 */  //进程的状态
    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);

这段代码很简单，主要是PCB的定义，PCB 里面包含了进程的各种信息而且各个进程之间用（循环）链表存储

下面是 mymian.c 文件中的函数

void __init my_start_kernel(void) //此函数相当于普通程序的main函数
{
    int pid = 0;
    int i;
    /* Initialize process 0  （初始化0号进程）*/

    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];                                               //形成循环链表
    /*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];
    }
    //从这里开始启动0号进程
    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*/
        );

//前一篇文章已分析过汇编代码，这里就不在步步分析了  红色代码部分的一二句将ebp，esp指向0号进程的栈

//3,4句是跳至0号进程执行 

}  

在此次实验中，为了简化实验所以所有的进程都执行下面的函数

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);
        }}
    }
}

有一个中断程序

void my_timer_handler(void)
{
#if 1
    if(time_count%1000 == 0 && my_need_sched != 1)  //每隔一段时间执行下面的语句
    {
        printk(KERN_NOTICE ">>>my_timer_handler here<<<\n");
        my_need_sched = 1;           //当my_need_sched == 1时，进程（void my_process(void)）会调用函数my_schedule()进行进程切换
    }
    time_count ++ ;
#endif
    return;
}

下面是进程切换的函数的主要部分

 if(next->state == 0)/* -1 unrunnable, 0 runnable, >0 stopped */
    {
        /* 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)
        );//上面的汇编代码 1,2句保存当前进程的栈顶栈底，3指向下一个进程的栈，4保存当前的eip地址，5，6指向下一个进程执行
        my_current_task = next;
        printk(KERN_NOTICE ">>>switch %d to %d<<<\n",prev->pid,next->pid);
    }

 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)
        );//此处与上面大致相同，但注意这里是切换至一个从未执行过的进程执行
    }

上面这段代码是很关键的，主要写了如何切换进程

通过这次学习，让我知道了单cpu一次只能做一件事，但通过巧妙的方法（进程调度）就可以让用户以为它能同时做多件事。