基于mykernel 2.0编写一个操作系统内核

Posted 2020-11-28 lc120798654

按照https://github.com/mengning/mykernel 的说明配置mykernel 2.0，熟悉Linux内核的编译:

依次执行：

wget https://raw.github.com/mengning/mykernel/master/mykernel-2.0_for_linux-5.4.34.patch

sudo apt install axel

axel -n 20 https://mirrors.edge.kernel.org/pub/linux/kernel/v5.x/linux-5.4.34.tar.xz

xz -d linux-5.4.34.tar.xz

tar -xvf linux-5.4.34.tar

cd linux-5.4.34

patch -p1 < ../mykernel-2.0_for_linux-5.4.34.patch

sudo apt install build-essential gcc-multilib

sudo apt install qemu # install QEMU

sudo apt install libncurses5-dev bison flflex libssl-dev libelf-dev

make defconfifig # Default confifiguration is based on \'x86_64_defconfifig\'

make -j$(nproc)

qemu-system-x86_64 -kernel arch/x86/boot/bzImage

配置完成后的目录：

 

窗口：

 

 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：

定义pcb头文件

 

修改mymain.c

修改myinterrupt.c

 代码分析：

在mypcb.h头文件中定义最大进程数为4，每个进程栈大小为2048个unsigned long长度，定义pcb结构体，其中pid为进程id，state为进程状态，是否可以执行，stack为进程堆栈，thread结构体包含ip和sp，分别表示进程保存的ip和sp的值，用于保存现场和恢复现场，task_entry指向进程代码的开头，next指针指向下一个进程。

在mymain.c中定义进程初始化，初始化id，state变为0，可执行，thread.ip和task_entry指向进程代码开头，thread.sp指向栈底，next指针指向下一个进程，将进程循环连接，从进程0开始执行，将my_current_task指向进程0，将thread.sp的值给rsp,保存rbp的值到进程0的栈中，保存thread.ip到栈中，通过ret将thread.ip出栈给rip，指向0进程的代码。

在mymain.c的my_process中为循环执行的进程的代码，其中通过循环增加i，使得每隔一段时间输出当前进程id，判断my_need_sched的值，若为1则需要切换进程，将其置为0，转到myinterrupt.c中my_schedule中进行进程切换，在myinterrupt.c中定义的my_timer_handler模拟时间片，决定是否需要切换进程，不停的增加time_count,每1000个time_count将my_need_sched从0置为1，正在运行的进程发现my_need_sched变为1，则通过my_schedule进行进程切换，分为先前进程和下一进程，my_schedule中将现在的rbp保存在先前进程栈中，将现在rsp保存在先前进程的thread.sp中，将rsp的值变为下一进程thread.sp保存的位置，使其指向下一进程的栈，将先前进程要执行的下一条指令地址保存在先前进程的thread.ip中，通过将下一进程thread.ip中保存的地址压入栈中，再ret，使rip变为下一进程要执行的下一条指令的地址，下一进程thread.sp指向的位置保存了下一进程的rbp,将其出栈给rbp，整个过程保存了先前进程的rbp,rsp,rip并将rbp,rsp,rip都变为了下一进程之前所保存的值，完成了进程切换。

 

运行结果：

 

 简要分析操作系统内核核心功能及运行工作机制：

内核指的是一个提供硬件抽象层、磁盘及文件系统控制、多任务等功能的系统软件。直接对硬件操作是非常复杂的，所以内核通常提供一种硬件抽象的方法来完成这些操作。内核常驻内存，包括进程调度，中断处理，时钟管理，原语操作，资源管理（进程，设备，内存）硬件抽象隐藏了复杂性，为应用软件和硬件提供了一套简洁，统一的接口，使程序设计更为简单。