mekernel实验环境的配置
使用的mykenel2.0基于x86-64/linux kernel 5.4.34
过程：
wget https://raw.github.com/mengning/mykernel/master/mykernel-2.0_for_linux-5.4.34.patch #下载mykernel的补丁 sudo apt install axel#用axel建立多个连接分片下载linux内核 axel -n 20 https://mirrors.edge.kernel.org/pub/linux/kernel/v5.x/linux-5.4.34.tar.xz xz -d linux-5.4.34.tar.xz tar -xvf linux-5.4.34.tar#解压linux内核 cd linux-5.4.34 patch -p1 < ../mykernel-2.0_for_linux-5.4.34.patch#给linux kernel打上mykernel的补丁 sudo apt install build-essential libncurses-dev bison flex libssl-dev libelf-dev#提供c语言的编译环境 make defconfig # Default configuration is based on 'x86_64_defconfig' # 使用allnoconfig编译出来qemu无法加载启动，不知道为什么？有明白的告诉我，完整编译太慢了，消耗的资源也多。 make -j$(nproc) # 编译的时间比较久哦 sudo apt install qemu # install QEMU qemu-system-x86_64 -kernel arch/x86/boot/bzImage #启动qemu虚拟机 加载bzImage镜像
进入mykernel可以看到有两个.c文件，mymain.c与myinterrupt.c，我们需要做的工作为：
1.基于mymain.c写进程描述符PCB与进程链表的管理
2.基于myinterrupt.c完成时间片轮转的进程调度
void __init my_start_kernel(void) { int i = 0; while(1) { i++; if(i%100000 == 0) pr_notice("my_start_kernel here %d ",i); } }
my_start_kernel为一个死循环，当i为偶数的时候，就打印my_start_kernel here。
myinterrupt.c的代码如下：
void my_timer_handler(void) { pr_notice(" >>>>>>>>>>>>>>>>>my_timer_handler here<<<<<<<<<<<<<<<<<< "); }
my_timer_handler函数会被时钟中断周期调用，输出字符串 my_timer_handler here，该函数会被时钟中断程序锁调用。这样就通过Linux内核代码模拟了一个具有时钟中断和C代码执行环境的硬件平台。
修改前执行效果：
修改：
PCB节点的定义：
#define MAX_TASK_NUM 4 #define KERNEL_STACK_SIZE 1024*2 /* 当前执行的线程的状态，包括指令寄存器与堆栈寄存器的值 */ struct Thread { unsigned long ip; unsigned long sp; }; typedef struct PCB{ int pid;//当前线程的线程Id volatile long state; /* 当前线程的状态：-1 unrunnable, 0 runnable, >0 stopped */ /*当前进程的堆栈空间*/ unsigned long stack[KERNEL_STACK_SIZE]; /* 用于上下文切换时保存CPU当时的状态 */ struct Thread thread; /*当前进程的入口点*/ unsigned long task_entry; /*用以形成PCB链表*/ struct PCB *next; }tPCB; /*进程调度切换的函数声明*/ void my_schedule(void);
mymain.c完成PCB链表的管理
* * linux/mykernel/mymain.c * * Kernel internal my_start_kernel * Change IA32 to x86-64 arch, 2020/4/26 * * Copyright (C) 2013, 2020 Mengning * */ #include <linux/types.h> #include <linux/string.h> #include <linux/ctype.h> #include <linux/tty.h> #include <linux/vmalloc.h> #include "mypcb.h" /*轮转的进程组*/ tPCB task[MAX_TASK_NUM]; /*当前占用CPU的进程*/ tPCB * my_current_task = NULL; /*用于切换进程*/ volatile int my_need_sched = 0; void my_process(void); /*系统的入口函数*/ void __init my_start_kernel(void) { int pid = 0; int i; /* 创建0号进程，当前没进程占用CPU所以状态直接设为 runnable，并设置当前进程的入口函数，即ip指针所指向的位置即myprocess()函数，采用循环单链表，所有next指向自己*/ 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]; /*然后创建1,2,3号进程 */ for(i=1;i<MAX_TASK_NUM;i++) { /*分配空间*/ memcpy(&task[i],&task[0],sizeof(tPCB)); task[i].pid = i; task[i].thread.sp = (unsigned long)(&task[i].stack[KERNEL_STACK_SIZE-1]); /*维护循环单链表*/ task[i].next = task[i-1].next; task[i-1].next = &task[i]; } /* 启动0号进程的执行 */ pid = 0; my_current_task = &task[pid]; asm volatile( "movq %1,%%rsp " /* 0号进程的栈底放至rsp寄存器中 */ "pushq %1 " /* 栈顶入栈，rbp=rsp */ "pushq %0 " /* myproess的程序入口入栈*/ "ret " /* 栈顶，即入口防止rip中 */ : : "c" (task[pid].thread.ip),"d" (task[pid].thread.sp) /* input c or d mean %ecx/%edx*/ ); } int i = 0; /*进程所执行的程序*/ void my_process(void) { while(1) { i++; if(i%10000000 == 0) { printk(KERN_NOTICE "this is process %d - ",my_current_task->pid); /*需要调度，则先把my_need_sched置为0，然后调用my_schedule()进行调度*/ if(my_need_sched == 1) { my_need_sched = 0; my_schedule(); } printk(KERN_NOTICE "this is process %d + ",my_current_task->pid); } } }
中断并且完成进程的切换的函数：
* * linux/mykernel/myinterrupt.c * * Kernel internal my_timer_handler * Change IA32 to x86-64 arch, 2020/4/26 * * Copyright (C) 2013, 2020 Mengning * */ #include <linux/types.h> #include <linux/string.h> #include <linux/ctype.h> #include <linux/tty.h> #include <linux/vmalloc.h> #include "mypcb.h" extern tPCB task[MAX_TASK_NUM]; extern tPCB * my_current_task; extern volatile int my_need_sched; /*时间片轮转的时间片计数*/ 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(time_count%1000 == 0 && my_need_sched != 1) { printk(KERN_NOTICE ">>>my_timer_handler here<<< "); my_need_sched = 1; } time_count ++ ; return; } /*用于进程切换的函数*/ void my_schedule(void) { tPCB * next; tPCB * prev; /*判空*/ if(my_current_task == NULL || my_current_task->next == NULL) { return; } printk(KERN_NOTICE ">>>my_schedule<<< "); /* schedule */ next = my_current_task->next; prev = my_current_task; if(next->state == 0)/* -1 unrunnable, 0 runnable, >0 stopped */ { /*切换至当前进程*/ my_current_task = next; printk(KERN_NOTICE ">>>switch %d to %d<<< ",prev->pid,next->pid); /* 将上一个进程的状态保存至栈中 */ asm volatile( "pushq %%rbp " /* 将前一个进程的栈底保存至栈中*/ "movq %%rsp,%0 " /* 将上一个堆栈的栈顶保存到PCB.Thread.sp中 */ "movq %2,%%rsp " /*将下一个进程的上一次的栈顶恢复至rsp寄存器中 */ "movq $1f,%1 " /* 保存前一个进程的RIP寄存器到PCB中 */ "pushq %3 " /*next进程的ip入栈*/ "ret " /* 由于RIP寄存器对程序员不可见，所以直接使用movq来将next进程的ip放进rip寄存器 */ "1: " /* 下一个进程的入口程序 */ "popq %%rbp " : "=m" (prev->thread.sp),"=m" (prev->thread.ip) : "m" (next->thread.sp),"m" (next->thread.ip) ); } return; }
分析：[部分见代码注释]
整体流程：
内核启动，进入startkernel()函数，进入后创建0号进程，之后创建1，2，3号进程然后启动0号进程，0号进程执行myprocess(),在初始的时候，控制是否该进行进程切换的标志位my_need_sched=0，0号进程一直执行内核态的printk函数，直至产生时钟中断，调用了my_timer_handler()函数，它会将进程切换的标志位my_need_sched置为1，此时myprocess()通过了if(my_need_sched == 1)的判断，执行my_schedule()进行进程的切换。
验证分析：
删除原来编译后的mymain.o与myinterrupt.o两个之前编译后的文件
然后执行make重新编译，并启动新生成的映像，可以看到产生了调度且基于时间片轮转==》验证了分析。
