基于mykernel 2.0编写一个操作系统内核
作者：互联网
- 按照https://github.com/mengning/mykernel 的说明配置mykernel 2.0，熟悉Linux内核的编译；
- 基于mykernel 2.0编写一个操作系统内核，参照https://github.com/mengning/mykernel 提供的范例代码
- 简要分析操作系统内核核心功能及运行工作机制
一、实验环境配置-mykernel 2.0
（1）本机环境：VMware® Workstation 15 Pro + Ubuntu18.04.2 LTS
（2）下载mykernel文件：
wget https://raw.github.com/mengning/mykernel/master/mykernel-2.0_for_linux-5.4.34.patch ##这句不行
发现连接不能用，于是：
git clone https://github.com/mengning/mykernel ##clone整个文件
（3）安装axel：
sudo apt install axel
（4）通过axel下载对应的kernel压缩文件:
axel -n 20 https://mirrors.edge.kernel.org/pub/linux/kernel/v5.x/linux-5.4.34.tar.xz
下载连续失败：
于是手动从网站下载Linux内核文件：
（5）解压缩下载好的kernel文件：
xz -d linux-5.4.34.tar.xz
然后打包：
tar -xvf linux-5.4.34.tar
（6）利用mykernel，修补kernel文件
cd linux-5.4.34 patch -p1 < ../mykernel-2.0_for_linux-5.4.34.patch
（7）安装必须的库：
sudo apt install build-essential libncurses-dev bison flex libssl-dev libelf-dev
（8）生成内核编译：
make defconfig
（9）编译内核kernel：
make -j$(nproc) # 编译的时间不算太长，只用了8min
（10）安装qemu：
sudo apt install qemu
现在就完成了实验环境的配置啦！
二、实验过程
（1）查看当前的kernel运行状态
qemu-system-x86_64 -kernel arch/x86/boot/bzImage
从qemu窗口中可以看到my_start_kernel在执行，同时my_timer_handler时钟中断处理程序可以执行：
（2）查看mykernel关键代码
进入mykernel目录：
上图可以看到qemu窗口输出的内容的代码 mymain.c 和 myinterrupt.c
cat mymain.c
cat myinterrupt.c
从中可知：刚刚的QEMU窗口中的结果正是这两个文件中的程序执行结果。
（3）基于mykernel 2.0编写一个操作系统内核并进行分析
1.对mypcb.h文件注释分析：
#define MAX_TASK_NUM 4
#define KERNEL_STACK_SIZE 1024*2
/* CPU-specific state of this task */
// 存储当前进程中正在执行线程的ip和sp
struct Thread {
unsigned long ip;
unsigned long sp;
};
// PCB 模拟进程控制块
typedef struct PCB{
int pid; // 进程号
volatile long state; /* -1 unrunnable阻塞态, 0 runnable可运行态, >0 stopped暂停态 */
unsigned long stack[KERNEL_STACK_SIZE]; // 进程使用的堆栈
/* CPU-specific state of this task */
struct Thread thread; // 当前正在执行的线程信息
unsigned long task_entry; // 存储进程入口函数地址（本实验中为my_process函数）
struct PCB *next; // 指向下一个PCB
}tPCB;
void my_schedule(void); // 函数的声明 my_schedule，它的实现在my_interrupt.c中，
//在mymain.c中的各个进程函数会根据一个全局变量的状态来决定是否调用它，从而实现主动调度。
2.修改mymain.c中的my_start_kernel函数，并在其中实现了my_process函数，作为进程的代码模拟一个个进程，时间片轮转调度：
#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];
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].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(
"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 */
:
: "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)
{
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);
}
}
}
void __init my_start_kernel(void)函数是mykernel内核代码的入口，负责初始化内核的各个组成部分。
在Linux内核源代码中，实际的内核⼊⼝是init/main.c中的start_kernel(void)函数。
my_process函数的while循环可见，不断检测全局变量my_need_sched的值，当my_need_sched的值从0变成1的时候，就需要发生进程调度，全局变量my_need_sched重新置为0，执行my_schedule()函数进行进程切换。
3.修改myinterrupt.c
#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)
{
printk(KERN_NOTICE ">>>my_timer_handler here<<<\n");
my_need_sched = 1;
}
time_count ++ ;
return;
}
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;
}
重新编译：
make clean make allnoconfig make
然后运行QEMU：
qemu -kernel arch/x86/boot/bzImage
看到运行结果出现了变化：
标签：kernel,task,process,pid,内核,mykernel,2.0,my 来源： https://www.cnblogs.com/qyf2199/p/12807451.html