Linux内核设计（第二周）——操作系统工作原理

by苏正生

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《Linux内核分析》MOOC课程http://mooc.study.163.com/course/USTC-1000029000

一、学习笔记总结

1.函数调用堆栈

（1）、函数调用堆栈。

堆栈是C语言程序运行时必须的一个记录调用路径和参数的空间。

cpu内部已经集成好的功能，pop，push，enter……

1. 函数调用构架

2. 传递参数，通过堆栈

3. 保存返回值，%eax

4. 提供局部变量空间

   ……

C语言编译器对堆栈的使用有一套自己的规则，功能相同，指令有区别。

（2）、深入理解函数调用堆栈

1. 堆栈相关的寄存器：

   %esp——堆栈指针

   %ebp——基址指针

2. 堆栈操作

   push——栈顶地址减少

   pop——相反

3. %ebp在C语言中用作记录当前函数调用基址

4. 其他关键寄存器

   CS：eip：总是指向下一条的指令地址
   顺序执行、跳转|分支（cs：eip的值会根据程序的需求更改）、call、ret、发生中断时。

5. 调用函数

   call指令：

（1） 将eip中下一条指令的地址A保存在栈顶；

（2） 设置eip指向被调用程序代码开始处。

ret（return）指令：将地址A恢复到eip中

（3）、传递参数与局部变量

方法：gcc-g生成可执行文件，用objdump -S获得反汇编文件。

2.利用Ｌｉｎｕｘ内核部分源代码分析存储程序计算机工作模型及时钟中断

（1）．ｍｙｋｅｒｎｅｌ实验平台涉及的思想

三大法宝：

1. 存储程序计算机

2. 函数调用堆栈

3. 中断

当中断发生时，由ＣＰＵ和内核代码共同实现了保存现场和恢复现场。

把ｅｉｐ指向中断处理程序的入口，保存现场。

二．利用ｍｙｋｅｒｎｅｌ实验模拟计算机硬件平台

1.实验过程

使用实验楼的虚拟机打开shell

cd LinuxKernel/linux-3.9.4qemu -kernel arch/x86/boot/bzImage

然后cd mykernel 您可以看到qemu窗口输出的内容的代码mymain.c和myinterrupt.c

mymain.c文件关键代码部分

myinterrupt.c文件关键代码部分

2.代码分析

（1）mymain.c

/* *  linux/mykernel/mymain.c * *  Kernel internal my_start_kernel * *  Copyright (C) 2013  Mengning * */#include 
      
       #include 
       
        #include 
        
         #include 
         
          #include 
          
           #include "mypcb.h"tPCB task[MAX_TASK_NUM]; //声明一个PCB数组tPCB * my_current_task = NULL;  //声明当前task指针 volatile int my_need_sched = 0;  //是否需要调度标志void my_process(void);void __init my_start_kernel(void){    int pid = 0;      int i;    /* 初始化 0号进程*/    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;  /* 实际上是my_process*/    task[pid].thread.sp = (unsigned long)&task[pid].stack[KERNEL_STACK_SIZE-1];    task[pid].next = &task[pid];  // 定义堆栈的栈顶    /*创建更多的子进程*/    for(i=1;i
           
            pid); if(my_need_sched == 1) { my_need_sched = 0; my_schedule(); } printk(KERN_NOTICE "this is process %d +\n",my_current_task->pid); } }}
           
          
         
        
       
      

（2）myinterrupt.c

/* *  linux/mykernel/myinterrupt.c * *  Kernel internal my_timer_handler * *  Copyright (C) 2013  Mengning * */#include 
      
       #include 
       
        #include 
        
         #include 
         
          #include 
          
           #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 1    if(time_count%1000 == 0 && my_need_sched != 1)    {        printk(KERN_NOTICE ">>>my_timer_handler here<<<\n");        my_need_sched = 1;    }     time_count ++ ;  #endif    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 */    {        /* 进程切换跳转到下一进程 */        asm volatile(               "pushl %%ebp\n\t"       /* 保存当前ebp */            "movl %%esp,%0\n\t"     /* 保存当前esp */            "movl %2,%%esp\n\t"     /* 重新记录要跳转进程的 esp，%2为 next->thread.sp*/            "movl $1f,%1\n\t"       /* 保存当前 eip ，%1为prev->thread.ip*/               "pushl %3\n\t"             "ret\n\t"               /* 记录要跳转进程的  eip，%3为 next->thread.ip*/            "1:\t"                  /* 下一个进程开始执行 */            "popl %%ebp\n\t"            : "=m" (prev->thread.sp),"=m" (prev->thread.ip)            : "m" (next->thread.sp),"m" (next->thread.ip)        );         my_current_task = next;         printk(KERN_NOTICE ">>>switch %d to %d<<<\n",prev->pid,next->pid);          }    else    {        next->state = 0;        my_current_task = next;        printk(KERN_NOTICE ">>>switch %d to %d<<<\n",prev->pid,next->pid);        /* switch to new process */        asm volatile(               "pushl %%ebp\n\t"       /* 保存当前 ebp */            "movl %%esp,%0\n\t"     /* 保存当前 esp */            "movl %2,%%esp\n\t"     /* 重新记录要跳转进程的 esp ，%2为 next->thread.sp*/            "movl %2,%%ebp\n\t"     /* 重新记录要跳转进程的  ebp，%2为 next->thread.sp */            "movl $1f,%1\n\t"       /* 保存当前  eip ，%1为prev->thread.ip，%1f就是指标号1:的代码在内存中存储的地址*/               "pushl %3\n\t"             "ret\n\t"               /* 重新记录要跳转进程的  eip，%3为 next->thread.ip */            : "=m" (prev->thread.sp),"=m" (prev->thread.ip)            : "m" (next->thread.sp),"m" (next->thread.ip)        );              }       return; }
          
         
        
       
      

#三、总结

本周从计算机操作系统对于程序的调用学起，结合了以前学习的汇编、C语言的知识，对于计算机内部对于中断的处理和进程切换有新的认识。有一些不明白的内容老师也在课堂上已经做出了详细的解答，很形象生动。本周因为一些个人因素进度有些太慢，这种情况应该有所规避，以后要改正。