时间片轮转多道程序运行原理
来源:互联网 发布:淘宝宝贝展现量如何刷 编辑:程序博客网 时间:2024/05/14 05:39
一、概述
本文通过分析一个简单的时间片轮转多道程序的内核 mykernel,来理解操作系统是如何工作的。
mykernel 是孟宁老师的一个开源项目,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,添加与修改部分代码实现的(详情点 此处)。未加入进程管理功能的 mykernel,会在初始化后,周期性地执行时间中断处理程序。在实验楼虚拟机的终端输入以下指令(图形模式下),即可运行 mykernel 。运行时效果如下:
可以看出,这个系统目前只是简单地不停输出“my_timer_handler here ”、“my_start_kernel here”等字样。通过查看源码,可以发现这些输出字符串分别位于 mymain.c 和 myinterrupt.c 中。只要在此基础上,再加入进程描述 PCB 和进程链表管理、进程切换等代码,一个可运行的小OS kernel 就完成了。下面便开始逐步实现这些功能(本文所有代码均由孟宁老师提供,笔者只分析其功能与实现原理)。
二、添加 PCB 描述信息
为了实现进程管理,需要先引入进程块描述信息,我们将其放入一个新的头文件 mypcb.h 中。
/* * 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 longip; unsigned longsp;};/* Processing Control Block */typedef struct PCB{ int pid; volatile long state;/* -1 unrunnable, 0 runnable, >0 stopped */ char stack[KERNEL_STACK_SIZE]; struct Thread thread; unsigned longtask_entry; struct PCB *next;}tPCB;void my_schedule(void); /* code in myinterrupt.c */
由代码可知,一个 PCB 的相关信息,是通过结构体进行封装的,其组成元素的含义及用途,由变量名及注释即可知其意,就不详述了。
三、PCB初始化(修改 mymain.c )
未修改前, mymain.c 中只有如下一个初始化函数,周期性地输出当前运行位置:
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); }}
显然,进程块的初始化信息也应添加到这个初始化函数中。
#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*/);}
原来的初始化函数中的打印输出信息,就交由 my_process() 处理了,并调用了进程调度管理程序。
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); } }}
四、时间片分配(修改 myinterrupt.c )
未修改前,时间中断处理函数my_timer_handler()内只有一条标识位置的打印输出指令:
void my_timer_handler(void){ printk(KERN_NOTICE "\n>>>>>>>>>>>>>>>>>my_timer_handler here<<<<<<<<<<<<<<<<<<\n\n");}
现在我们修改下,让其支持进程的时间片轮转功能:
#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; }
现在的 my_time_handle() 所执行的主要功能为:每被中断调用1000次,且没有需要调度的进程时,就将全局变量 my_need_sched 置为1(中断返回后,正在执行的进程就会执行调度程序 my_schedule())。进程每次执行的时间片长度由 time_count 控制。
当一个进程执行完毕,或用完所分配的时间片后,就会让位给其他进程运行。进程切换功能由 my_schedule() 实现。
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 */ { /* 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) ); 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) ); } return;}
</pre><pre name="code" class="cpp"><img src="http://img.blog.csdn.net/20160306110638573" alt="" style="font-family: Arial, Helvetica, sans-serif; background-color: rgb(255, 255, 255);" />
my_schedule() 的流程如下:
(未定稿)
- 时间片轮转多道程序运行原理
- 时间片轮转的多道程序
- 操作系统是如何运行的(时间片轮转多道程序内核代码)
- 从一个简单的时间片轮转多道程序内核代码看操作系统如何运行
- 一个简单的时间片轮转多道程序内核代码
- 一个简单的时间片轮转多道程序分析
- 一个简单的时间片轮转多道程序内核代码
- 简单的时间片轮转多道程序内核代码分析
- 一个简单的时间片轮转多道程序内核代码
- 简单的时间片轮转多道程序内核代码
- 一个简单的时间片轮转多道程序内核代码
- 一个简单的时间片轮转多道程序内核代码
- 完成一个简单的时间片轮转多道程序
- 完成一个简单的时间片轮转多道程序内核
- 简单的时间片轮转多道程序内核代码
- Linux内核分析-2/时间片轮转多道程序
- 一个简单的时间片轮转多道程序内核代码 的实现
- 通过内嵌汇编实现模拟时间片轮转多道程序的内核代码分析
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