刘畅 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

写在前面

本实验是模拟Linux内核的工作过程，包括进程上下文的切换和基于时间片轮转的进程调度。在实验平台的基础上，简要的完成一个简单的多道程序内核代码。

进程的描述

在这个实验中，在mypcb.h中，用结构体PCB描述进程的特性，比如进程id、进程的栈、进程内的线程等，这个结构体是一个链表形式组织的。其中进程中的线程用Thread结构体描述，包含栈顶地址和指令指针的地址。如下图所示：

进程的初始化

进程的初始化：在mymain.h中对进程进行了初始化，即把进程的pid、进程中线程的栈顶指针初始化以及组织成一个进程链表形式，并且把每个进程的入口地址都指向my_process函数。如下图所示： 0号进程：首先执行的是pid为0的进程，然后通过内嵌汇编的形式交给CPU执行，它将当前进程的栈顶地址放到esp寄存器中，然后将要调度进程的栈帧和进程的ip保存到栈中，通过弹栈ret的方式，将eip指向要调度进程的入口地址(my_process函数)。如下图所示： my_process函数：这个函数不停的加1，直到加到结果为10000000的时候，将调度状态改为0，打印当前进程的信息，并通过my_schedule函数实现进程的调度。

进程的调度

my_schedule函数在myinterrupt.c中实现的，它找到进程链表中的下一个进程，进行调度。 如果即将调度的进程从未运行过，那么需要为新进程构造一个堆栈，即把esp和ebp的寄存器的值，全都置为新进程的sp所指的地方。如下图所示： 如果即将调度的进程之前运行过，那么它的栈底指针ebp的值保存在栈中了，就不需要对其赋值了。 进程切换时，需要将正在运行的进程的栈底指针ebp保存在栈中，将栈顶指针esp和当前指针指针寄存器eip的值保存在PCB结构体中。然后把下个进程的esp和eip放到对应的寄存器中。如下图所示：

运行结果

实验总结

这个代码虽然简陋，但其体现了Linux内核中进程启动和切换的过程。

进程的启动：

使用内嵌汇编的形式，为待运行的进程开辟栈空间，并让CPU的eip寄存器指向进程的入口点。

进程的切换：

先保存进程的上下文，即栈顶指针esp的值和eip寄存器的值，这些信息是存放在PCB中的，而栈底指针ebp的值是放到栈中的。 并依据进程调度算法，选出下一个要调度的进程，判断待调度的进程之前是否运行过。若运行过就需要通过弹栈的方式找到它的栈帧ebp，若没运行过，直接将PCB中记录的sp的值放到ebp中。然后将待调度进程的运行点(入口点)放到eip中，这是通过先把ip值压到栈中，再ret的形式实现的。因为我们是无法直接修改eip值的。 ret 指令相当于 pop eip 刘畅 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