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分享2023-2024-1 20232826《Linux内核原理与分析》第三周作业
20232826王朝昆 2023-10-06 16:49:30 操作系统是如何工作的
一、ChatGPT提问相关知识与回答：
二、本次实验内容
（1）使用实验楼的实验环境打开shell
patch -p1 < ../mykernel_for_linux3.9.4sc.patch 是一个用于应用补丁(patch)到Linux内核源代码的命令。
1 patch：这是一个命令行工具，用于将补丁文件应用到源代码文件中，从而修改源代码以包含补丁中的更改。
2 -p1：这是`patch`命令的一个选项，用于指定应用补丁时要去掉的路径前缀数量。在这种情况下，`-p1`表示去掉一个路径前缀。这是因为补丁文件通常包含了相对于源代码根目录的路径信息，通过指定`-p1`选项，`patch`命令会忽略掉一个路径前缀，以确保正确应用补丁。
3 <：这是一个重定向操作符，用于将补丁文件的内容输入到`patch`命令，而不是从命令行参数中提供。
4 ../mykernel_for_linux3.9.4sc.patch：这是要应用的补丁文件的路径和文件名。`..` 表示上一级目录，`mykernel_for_linux3.9.4sc.patch` 是补丁文件的名称。该文件包含了一组更改，以便将它们应用到Linux内核的源代码中。
综合起来，这个命令告诉`patch`命令在Linux内核的源代码上应用指定的补丁文件，并且通过`-p1`选项去掉一个路径前缀以确保补丁中的路径信息正确匹配源代码目录结构。这通常用于在自定义内核上应用补丁，以添加或修改内核的功能或修复bug。
（2）make重新编译：
（3）make编译后，qemu启动并加载一个指定的内核镜像文件
qemu -kernel arch/x86/boot/bzImage
qemu -kernel arch/x86/boot/bzImage是一个使用QEMU虚拟机的命令，它指示QEMU启动并加载一个指定的内核镜像文件（通常是Linux内核）。
1. `qemu`：这是QEMU虚拟机的启动命令。QEMU是一个开源的虚拟机监控器和模拟器，它允许你在一个虚拟化的环境中运行操作系统和应用程序，而不必依赖于物理硬件。
2. `-kernel`：这是QEMU的命令行选项，用于指定要加载的内核镜像文件。在这种情况下，它告诉QEMU要加载的内核镜像文件是 `arch/x86/boot/bzImage`。
3. `arch/x86/boot/bzImage`：这是Linux内核的二进制镜像文件的路径和名称。这个文件通常是编译后的Linux内核二进制文件，可以用于启动一个虚拟机或物理计算机。
通过执行这个命令，QEMU将加载指定的Linux内核镜像文件，并尝试在虚拟机中运行它。这对于开发和测试操作系统内核或运行不同的内核版本非常有用。请注意，你可能需要其他QEMU选项和参数，以便配置虚拟机的其他方面，如内存、CPU、设备等。
（4）完成一个简单的时间片轮转多道程序内核代码
代码来源： GitHub - mengning/mykernel: mykernel 2.0: Develop your own OS kernel by reusing Linux infrastructure, based on x86-64/Linux Kernel 5.4.34.
mymain.c:
/*
* 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];
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);
}
}
}
myinterrupt.c:
/*
* 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)
{
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;
}
mypcb.h:
/*
* linux/mykernel/mypcb.h
*
* Kernel internal PCB types
*
* Copyright (C) 2013 Mengning
*
*/
#define MAX_TASK_NUM 4
#define KERNEL_STACK_SIZE 1024*2
/* CPU-specific state of this task */
struct Thread {
unsigned long ip;
unsigned long sp;
};
typedef struct PCB{
int pid;
volatile long state; /* -1 unrunnable, 0 runnable, >0 stopped */
unsigned long stack[KERNEL_STACK_SIZE];
/* CPU-specific state of this task */
struct Thread thread;
unsigned long task_entry;
struct PCB *next;
}tPCB;
void my_schedule(void);
（5）重新编译后的运行结果
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