linux内核进程调度分析总结

浅浅的花香味﹌ 2022-08-21 00:08 195阅读 0赞

作者：王鹤楼  
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《Linux内核分析》MOOC课程[http://mooc.study.163.com/course/USTC-1000029000][http_mooc.study.163.com_course_USTC-1000029000]

在孟老师给出的mykernel的基础上增加mypcb.h

#define MAX_TASK_NUM 4  //定义总有4个任务/进程
    #define KERNEL_STACK_SIZE 1024*8    //每个进程的堆栈大小为8KB
    
    /*用于保有存当前进程的esp和eip*/
    struct Thread {
        unsigned long ip; //eip
        unsigned long sp; //esp
    };
    
    /*定义进程结构体*/
    typedef struct PCB {
        int pid;//进程ID
        volatile long state; //进程状态
        char stack[KERNEL_STACK_SIZE];//进程堆栈
        struct Thread thread;//保存esp、eip
        unsigned long task_entry;//f进程入口
        struct PCB * next;//在进程链表中指向下一个进程
        struct PCB * prev;//在进程链表中指向上一个进程
    }tPCB;
    
    /*声明调度函数*/
    void my_schedule(void);

mymain.c文件：

#include "mypcb.h"
    
    /*定义一个数组，保有存所有进程结构*/
    tPCB task[MAX_TASK_NUM];
    /*定义一个进程指针，指向当前正在运行的进程*/
    tPCB * my_current_task = NULL;
    
    /*是否需要调度的一个标志*/
    volatile int my_need_sched = 0;
    
    
    /*进程处理函数*/
    void my_process(void);
    
    /*内核入口函数*/
    void __init my_start_kernel(void)
    {
        int pid = 0;
        int i = 0;
    
        /*初始化0号进程*/
        task[pid].pid = pid;
        task[pid].state = 0;
        /*进程入口指向进程处理函数*/
        task[pid].task_entry = task[pid].thread.ip = (unsigned long)my_process;
        /*指向进程栈进址*/
        task[pid].thread.sp = (unsigned long)&task[i].stack[KERNEL_STACK_SIZE -1];
        /*进程链表中，next指向指向自己*/
        task[pid].next = &task[pid];
    
        /*创建其他进程*/
        for(i=1; i< MAX_TASK_NUM; i++)
        {
                /*把0号进程的状态拷贝给当前进程，不同成员值再单独赋值*/
                memcpy(&task[i], &task[0], sizeof(tPCB));
                task[i].pid = i;
                task[i].state = -1;
                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];
            }
    
            /* 运行0号进程*/
            pid = 0;
            /*把0号进程的地址赋给当前进程指针*/
            my_current_task = &task[pid];
            /*嵌入式汇编中%0,%1,%2,%3表示下面的参数,编号从0开始*/
            asm volatile(
                "movl %1, %%esp\n\t" /*把当前进程的栈指针赋给esp*/
                "pushl %1\n\t"/*把当前进程的栈指保存到栈中*/
                "pushl %0\n\t"/*保存当前进程的eip到栈中*/
                "ret\n\t"/*返回操作*/
                "popl %%ebp\n\t"/*弹出栈顶内容赋给ebp*/
                :
                : "c" (task[pid].thread.ip), "d" (task[pid].thread.sp)/*ecx=当前进程的eip, edx=当前进程的栈指针*/
            );
            //到此为止，0号进程就启动起来了
            //end
    }
    
    void  my_process(void)
    {
        int i=0;
        while(1)
        {
            i++;
            if(i%100 == 0) {
                printk(KERN_NOTICE "this is process %d- \n", my_current_task->pid);
                /*判断是否需要切换进程,1需要切换，0不需要切换*/
                if(my_need_sched == 1){
                    my_need_sched = 0;
                    /*切换进程*/
                    my_schedule();
                }
                printk(KERN_NOTICE "this is process %d +\n", my_current_task->pid);
            }
    
        }
    }

myinterrupt.c

#include "mypcb.h"
    /*引入外部变量*/
    extern tPCB task[MAX_TASK_NUM];
    extern tPCB * my_current_task;
    extern volatile int my_need_sched;
    volatile int time_count = 0;
    /*
     * 定时器中断处理函数
     */
    void my_timer_handler(void)
    {
        /*判断是否需要切换进程*/
        if(time_count % 100 == 0 && my_need_sched != 1) {
            printk(KERN_NOTICE ">>>my_timer_handler here<<<\n");
            /*将进程切换标记为需要切换*/
            my_need_sched = 1;
        }
        /* 计数器自加 */
        time_count ++;
    
        return;
    }
    
    /*进程高度函数*/
    void my_schedule(void)
    {
        tPCB * next;
        tPCB * prev;
    
        /*处理异常情况，如果当前进程为空，或进程链表中的下一个进程地址为空，直接反回*/
        if(my_current_task == NULL
                || my_current_task->next == NULL) {
            return;
        }
    
        printk(KERN_NOTICE ">>>my_schedule<<<\n");
    
        next = my_current_task->next;
        prev = my_current_task;
        //state:-1表示不可用，0表示正在执行，>0表示没有运行
        if(next->state == 0) {
            /*切换进程*/
            asm volatile (
                "pushl %%ebp\n\t" /*保存当前进程的ebp*/
                "movl %%esp, %0\n\t" /*保存当前的栈指针到上一个进程的sp中*/
                "movl %2, %%esp\n\t" /*把下一个进程的sp赋给esp*/
                "movl $1f, %1\n\t" /*保存当前进程的eip到上进一个进程的ip中*/
                "pushl %3\n\t" /*将下一个进程的ip压到栈中*/
                "ret\n\t"/*返回*/
                "1:\t"
                "popl %%ebp\n\t"/*弹出一个进程的栈基指指针*/
                :"=m" (prev->thread.sp), "=m" (prev->thread.ip)
                :"m" (next->thread.sp), "m" (next->thread.ip)
            );
            /*将当前进程指针指向下一个进和地址*/
            my_current_task = next;
            printk(KERN_NOTICE ">>>switch %d to %d<<<\n", prev->pid, next->pid);
        }
        else
        {
            /*将当前进程状态改为运行*/
            next->state = 0;
            /*当前进程指针指向下一下进程*/
            my_current_task = next;
            printk(KERN_NOTICE ">>>switch %d to %d<<<\n", prev->pid, next->pid);
            asm volatile (
                "pushl %%ebp\n\t"
                "movl %%esp, %0\n\t"
                "movl %2, %%esp\n\t"
                "movl %2, %%ebp\n\t"
                "movl $1f, %1\n\t"
                "pushl %3\n\t"
                "ret\n\t"
                "popl %%ebp\n\t"
                :"=m" (prev->thread.sp), "=m" (prev->thread.ip)
                :"m" (next->thread.sp), "m" (next->thread.ip)
            );
        }
    }

make 重新编译  
运行程序：  
qemu -kernel arch/x86/boot/bzImage

运行效果图  
![这里写图片描述][20160306154154693]  
![这里写图片描述][20160306155806403]

总结：  
进程切换的关键是保存现场和恢复现场，当切换到下一个进程时要把当前进程用的变量，栈，和相关的寄存器保存到栈中，这一步叫保存现场。当切换回这个进程时再把这些变量，寄存器恢复，这一步叫恢复现场。

[http_mooc.study.163.com_course_USTC-1000029000]: http://mooc.study.163.com/course/USTC-1000029000
[20160306154154693]: /images/20220731/9c6cc279209344bdb43fd78df5a39e12.png
[20160306155806403]: /images/20220731/ee6fecec2ea94c0288dc691f8437e100.png