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一、實驗環境

　　win10 -> VMware -> Ubuntu16.04 -> QEMU -> linux-3.9.4

二、實驗目的

　　1、了解在一個極簡內核中，為了實現多進程的切換，需要哪些必要的數據結構；

　　2、了解對於一個OS來說，進程是如何啟動以及如何基於時間片輪轉對進程進行切換。

三、實驗結果

圖 1 實驗結果　

四、代碼分析

　　（1) 對應的PCB（進程控制塊）

　　　為了能夠實現進程的切換和正常運行，對於每一個進程，都需要有一些必要的資源、參數。比如，對應進程的唯一標識（pid）、進程的狀態（state)、每一個進程對應的堆棧（stack)、進程的入口地址（entry)、指向進程隊列中位於當前進程的下一進程指針（pnext）等等。

圖 2 PCB結構體定義

圖 3 進程切換的大致流程圖

　　（2）進程切換的邏輯分析

　　具體來講，對於進程的上下文切換，需要在平常的C代碼之間嵌入一些必要的匯編代碼，以保存將要被替換的進程的相關信息（現場）以及執行下一的進程，對於新的進程，也並非是從頭開始執行（第一次執行除外），而是從上一次被中斷的地方繼續開始執行。

圖 4 進程切換中實現進程間上下文切換的匯編代碼

　　（3）極簡內核的整體流程分析

圖 5 極簡內核整體運行流程圖

　　在個人看來，該極簡內核的運行在本質上是一個死循環，在這個死循環中，基於固定時間片輪轉思想，修改進程切換標誌，在該死循環中查詢進程切換標誌，如果符合要求，則進行進程的切換，否則繼續執行當前進程，不進行進程切換。當然，這個死循環，是由內核中的0號進程觸發。0號進程是內核啟動起來，經過相應的初始化之後，執行的第一個進程。

圖 6 my_start_kernel中對0號進程的初始化

　　 ·　　　　　　　　　　

圖 7 my_start_kernel中對進程鏈表的初始化（包括PCB初始化）

圖 8 my_start_kernel中執行的第一個進程（0號進程）

圖 9 時間片的實現（系統時鐘中斷　　　　　　

圖 10 0號進程死循環查詢是否執行進程切換

四、總結

　　通過分析實驗代碼，比較清楚地了解一個簡單的時間片輪轉多道操作系統內核，了解了操作系統的中斷上下文和進程上下文切換。對於當前執行的進程來說，如果被分配到的時間片執行完，CPU 則會進行相應的進程切換。其中的調度程序，就是在維護一個就緒進程隊列，當進程用完屬於它的時間片後，在隊列中就會按照優先級重新排序。這種調度方式，應該是屬於一種比較簡單、公平同時也是比較高效的方式。

基於Linux-3.9.4的mykernel實驗環境的極簡內核分析