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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