mykernel 精简内核注释
作者：互联网
源码链接
本文只是注释了一下孟宁老师写的一个非常简单的mykernel精简内核。
此内核源码仅仅100多行代码，只包括三个文件。
通过三个文件mypcb.h、mymain.c和myinterrupt.c实现了一个简单的时间片轮转调度进程的精简内核。
其中：
mypcb.h 声明了进程控制块，即定义了一个结构体来说明进程的相关参数；
mymain.c 有两个函数，函数my_start_kernel() 用来初始化进程；
函数my_process()作为每个进程的入口地址，开始逐个调度执行进程；
myinterrupt.c 也有两个函数，
函数my_time_handler()定时地不断向cpu发出中断，从而实现了时间片轮转。
函数my_schedule() 进行进程的上下文切换。
/*
* linux/mykernel/mypcb.h
*
* Kernel internal PCB types
*
* Copyright (C) 2013 Mengning
*
*/
#define MAX_TASK_NUM 4 //最多允许4个进程
#define KERNEL_STACK_SIZE 1024*2 //内核堆栈大小
/* CPU-specific state of this task */
struct Thread { //存储ip,sp
unsigned long ip;//Instruction Pointer 指令指针寄存器
unsigned long sp;//Stack Pointer 堆栈指针
};
typedef struct PCB{//Process Control Block 进程控制块
int pid; //Process id:进程id
volatile long state; /* -1 unrunnable, 0 runnable, >0 stopped 进程三个状态 volatile修饰使编译器不要对其进行优化，保证每次都能从内存中直接获取此值。*/
unsigned long stack[KERNEL_STACK_SIZE]; //内核堆栈
/* CPU-specific state of this task */
struct Thread thread;//线程上下文
unsigned long task_entry; //指定的入口，平时入口为main函数
struct PCB *next; //进程用链表连接，指向下一个进程PCB
}tPCB;
void my_schedule(void); //进程调度器 函数声明
/*
* 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"
tPCB task[MAX_TASK_NUM]; //声明tPCB类型的数组（进程）
tPCB * my_current_task = NULL; //声明当前task的指针
volatile int my_need_sched = 0; //是否需要调度
void my_process(void);//进程入口
//初始化四个进程，先初始化第一个0号进程，然后for循环初始化后三个进程（组成一个链表）； 最后启动0号进程（通过对sp、ip寄存器的直接操作让相应的进程运行起来。）
void __init my_start_kernel(void)
{
int pid = 0;
int i;
/* Initialize process 0*/
task[pid].pid = pid; //初始化0号进程
task[pid].state = 0;/* -1 unrunnable, 0 runnable, >0 stopped 状态正在运行 */
task[pid].task_entry = task[pid].thread.ip = (unsigned long)my_process; //入口
task[pid].thread.sp = (unsigned long)&task[pid].stack[KERNEL_STACK_SIZE-1];
task[pid].next = &task[pid]; //指向自己，系统启动只有0号进程
/*fork more process */
for(i=1;i<MAX_TASK_NUM;i++)
{
memcpy(&task[i],&task[0],sizeof(tPCB));
task[i].pid = i;
task[i].thread.sp = (unsigned long)(&task[i].stack[KERNEL_STACK_SIZE-1]);
task[i].next = task[i-1].next;//新进程加到进程链表尾部
task[i-1].next = &task[i];
}
/* start process 0 by task[0] */
pid = 0;
my_current_task = &task[pid];
asm volatile(
"movq %1,%%rsp\n\t" /* set task[pid].thread.sp to rsp */
"pushq %1\n\t" /* push rbp */
"pushq %0\n\t" /* push task[pid].thread.ip */
"ret\n\t" /* pop task[pid].thread.ip to rip ，ret之后0号进程正式启动*/
:
: "c" (task[pid].thread.ip),"d" (task[pid].thread.sp) /* input c or d mean %ecx/%edx*/
);
}
int i = 0;
void my_process(void)
{
while(1)
{
i++;
if(i%10000000 == 0)//循环1000万次判断是否需要调度
{
printk(KERN_NOTICE "this is process %d -\n",my_current_task->pid);//打印调度前的进程ID
if(my_need_sched == 1)//需要调度
{
my_need_sched = 0;
my_schedule();//调用调度函数进行进程的调度
}
printk(KERN_NOTICE "this is process %d +\n",my_current_task->pid);//打印调度后的进程ID
}
}
}
/*
* 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;
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)//计时1000次后（且调度标志为0）则设置可调度---CPU中断实现时间片轮转算法
{
printk(KERN_NOTICE ">>>my_timer_handler here<<<\n");
my_need_sched = 1;
}
time_count ++ ;
return;
}
//调度函数---调度链表的下一个进程
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 */
{
my_current_task = next;
printk(KERN_NOTICE ">>>switch %d to %d<<<\n",prev->pid,next->pid);
/* switch to next process */
asm volatile(
"pushq %%rbp\n\t" /* save rbp of prev */
"movq %%rsp,%0\n\t" /* save rsp of prev */
"movq %2,%%rsp\n\t" /* restore rsp of next */
"movq $1f,%1\n\t" /* save rip of prev */
"pushq %3\n\t"
"ret\n\t" /* restore rip of next */
"1:\t" /* next process start here */
"popq %%rbp\n\t"
: "=m" (prev->thread.sp),"=m" (prev->thread.ip)
: "m" (next->thread.sp),"m" (next->thread.ip)
);
}
return;
}
通过此简易内核可以学习到：
1 ，进程定义（最少）需要哪些参数， IP,SP,内核堆栈，进程ID，进程状态等。
2， 进程是如何调度的，linux调度算法非常复杂，这里只是实现了一个最简单的时间片轮转调度算法，即每隔固定时间调度下一个进程。
3， 学习了CPU时钟中断。
4， 学习了进程间是通过链表数据结构来指向关联的。
5, 通过汇编实现进程的上下文切换；
etc…
标签：task,thread,pid,next,进程,内核,精简,mykernel,my 来源： https://blog.csdn.net/a379039233/article/details/122620370