📘 理论课:https://www.bilibili.com/video/BV1d4411v7u7

📘 有用的参考资料(linux-0.11 注释版):https://github.com/beride/linux0.11-1

main branch 为 linux-0.11 源码

1. 改写 bootsect.s 主要完成如下功能:

   • bootsect.s 能在屏幕上打印一段提示信息"XXX is booting..."。

2. 改写 setup.s 主要完成如下功能:

   • bootsect.s 能完成 setup.s 的载入,并跳转到 setup.s 开始地址执行。而 setup.s 向屏幕输出一行"Now we are in SETUP"。 setup.s 能获取至少一个基本的硬件参数(如内存参数、显卡参数、硬盘参数等),将其存放在内存的特定地址,并输出到屏幕上。 setup.s 不再加载 Linux 内核,保持上述信息显示在屏幕上即可。

📘 实验指导书:https://www.lanqiao.cn/courses/115/labs/568/document/

1. 在 kernel/system_call.s 修改系统调用总数为74。
2. 在 include/unistd.h 中添加宏,指明调用函数表定位。
3. 在 include/linux/sys.h 中写入两个函数(sys_iam, sys_whoami)函数定义。并在其后的函数表增加两个新函数。
4. 新增 kernel/who.c 实现两个系统调用。
5. 修改makefile
   • OBJS 增加who的依赖(who.o)
   • Dependencies中增加 who.s 和 who.o的依赖产生条件
6. make 执行./run 进入linux子系统,在/usr/include/unistd.h中增加iam 和 whoami 的宏定义(同第2点)。
7. 在用户态编写测试程序测试是否成功。

📘 实验指导书:https://www.lanqiao.cn/courses/115/labs/569/document/

1. process.c 实现了模拟cpu计算以及io计算混合的场景,并采用多进程的方式运行。
2. 将内核进程切换的几个状态进行打印输出(pid status time)到/var/process.log。
3. 在 init/main 中的init()函数 进入用户态语句后,将文件描述符3关联到/var/process.log。
4. 在 kernel/printk 中实现fprintk()函数,以打印输出到process.log日志。
5. 寻找状态切换点,并加入fprintk()写日志。
   • 进程开始 kernel/system_call.s -> sys_fork (call copy_process)
   • 运行、阻塞态切换 kernel/sched.c -> schedule sys_pause sleep_on interruptible_sleep_on wake_up
   • 退出 kernel/exit.c -> do_exit sys_waitpid
6. 注意:linux-0.11 中 gcc 不可以编译 // 注释。

📘 实验指导书:https://www.lanqiao.cn/courses/115/labs/570/document/

原切换方式是通过tss,相当于是寄存器的快照,通过intel提供的指令直接进行现场替换,速度较慢。堆栈切换的效率更高。

1. 原switch_to方法基于tss切换,我们要在头文件将其注释掉。
2. 新switch_to,需要两个参数(1:下一个pcb的指针 2:下一个任务在数组中的位置 用于切换LDT)。

1. 编写switch_to 汇编实现
2. pcb的切换
3. 重写tss内核栈位置(此时保留tss,但全局只有一个tss,不利用它来做进程切换。)
4. 切换内核栈
5. LDT的切换

1. 将pcb中tss的设置注销掉。
2. 在pcb中加入新的成员变量 —— kernel stack,用于存储内核栈信息。
3. 将栈信息写入此处,并让pcb该成员变量指向该指针。

📘 实验指导书:https://www.lanqiao.cn/courses/115/labs/571/document/

📘 参考:https://blog.csdn.net/qq_42518941/article/details/119182097

1. kernal/sched.c sleep_on 传入等待队列队首,将current置为阻塞态,主动执行调度schedule()。tmp存储原阻塞队列,当被唤醒时,将阻塞队列全部置为Runnable。
2. kernal/sched.c wake_up 唤醒所有被阻塞的pcb,程序中只能看到唤醒队首,但要结合sleep_on读,一旦结合就会发现,头被唤醒会使后续全部唤醒。

• 建立一个生产者进程,N 个消费者进程(N>1)
• 用文件建立一个共享缓冲区
• 生产者进程依次向缓冲区写入整数 0,1,2,...,M,M>=500
• 消费者进程从缓冲区读数,每次读一个,并将读出的数字从缓冲区删除,然后将本进程 ID 和 + 数字输出到标准输出
• 缓冲区同时最多只能保存 10 个数

sem_t* sem_open(const char *name, unsigned int value);
int sem_wait(sem_t *sem);
int sem_post(sem_t *sem);
int sem_unlink(const char *name);

• sem_open打开一个信号量
• 信号量减一 如果当前等于零则阻塞进程
• 信号量加一
• 关闭一个信号量

• wait
  • 调用kernal/sched.c sleep_on 进行等待阻塞
  • 利用关中断(linux0.11 单核)做到保护临界区
  • 对 sem 的 value 减一
• post
  • 对 sem 的 value 加一,如果 value 大于0则调用 kernal/sched.c wake_up 唤醒被此信号量阻塞的进程
  • 利用关中断(linux0.11 单核)做到保护临界区

📘 实验指导书:https://www.lanqiao.cn/courses/115/labs/572/document/

逻辑地址 -> GDT -> LDT -> 页表 -> 物理地址

由 GDTR 访问全局描述符表是通过"段选择子"(实模式下的段寄存器)完成的

15 3 2 1 0

| index | | RPL |

• 3-15 为描述符索引, 表示所需要的段的描述符在描述符表的位置。
• 2 为指示选择子在 GDT 选择还是在LDT选择 (0 代表GDT 1 代表LDT)。
• 0-1 为选择特权级。

段选择子包括三部分:描述符索引(index)、TI、请求特权级(RPL)。它的index(描述符索引)部分表示所需要的段的描述符在描述符表的位置,由这个位置再根据在GDTR中存储的描述符表基址就可以找到相应的描述符。然后用描述符表中的段基址加上逻辑地址(SEL:OFFSET)的OFFSET就可以转换成线性地址,段选择子中的TI值只有一位0或1,0代表选择子是在GDT选择,1代表选择子是在LDT选择。请求特权级(RPL)则代表选择子的特权级,共有4个特权级(0级、1级、2级、3级)。

关于特权级的说明:任务中的每一个段都有一个特定的级别。每当一个程序试图访问某一个段时,就将该程序所拥有的特权级与要访问的特权级进行比较,以决定能否访问该段。系统约定,CPU 只能访问同一特权级或级别较低特权级的段。

例如给出逻辑地址:21h:12345678h转换为线性地址

a. 选择子 SEL = 21h = 0000000000100 0 01(b) 代表的意思是:选择子的index=4即0100,选择 GDT 中的第4个描述符;TI=0 代表选择子是在 GDT 选择;最后的01代表特权级 RPL=1。

b. OFFSET=12345678h若此时 GDT 第四个描述符中描述的段基址为11111111h,则线性地址 = 11111111h + 12345678h = 23456789h。

1. 先从 GDTR 寄存器中获得 GDT 基址。
2. 然后在 GDT 中以段选择器高13位位置索引值得到段描述符。
3. 获取基址,加上偏移量获得线性地址。

1. 先从 GDTR 寄存器中获得 GDT 基址。
2. 从 LDTR 寄存器中获取 LDT 所在段的位置索引 (LDTR 高13位)。
3. 以这个位置索引在 GDT 中得到 LDT 段描述符从而得到 LDT 段基址。
4. 用段选择器高13位位置索引值从 LDT 段中得到段描述符。
5. 获取基址,加上偏移量获得线性地址。

📘 实验指导书:https://www.lanqiao.cn/courses/115/labs/573/document/

1. 键盘中断发生时,取出键盘扫描码根据 key_table 表进行扫描码处理。
2. 完成 F12 键对应的函数编写。
3. 处理完毕后将有对应扫描码的字符放入 put_queue。
4. 调用 do_tty_interrupt 进行最后的处理,其中 copy_to_cooked 做最后的预处理,然后调用 con_write 输出到显卡。
5. write -> sys_write -> tty_write -> con_write。

📘 实验指导书:https://www.lanqiao.cn/courses/115/labs/574/document/

对机械磁盘的读写需要三个参数进行定位

1. 柱面(C)
2. 磁头(H)
3. 扇区(S)

block = C * (H * S) + H * S + S;

将几个扇区划分为一个block来提升磁盘io效率(linux0.11 将2个扇区划分为一个block)对于更上层的角度而言,只需要输入读写的block号即可进行磁盘io。

划分: 引导块 | 超级块 | inode位图 | 数据位图 | inode块 | 数据块

用 FCB(linux0.11 中的 inode)来存储文件信息,其中包括不同种类的文件(例:设备文件,目录文件...)。

struct m_inode 
 { 
 unsigned short i_mode; // 文件类型和属性(rwx 位)。 
 unsigned short i_uid; // 用户id(文件拥有者标识符)。 
 unsigned long i_size; // 文件大小(字节数)。 
 unsigned long i_mtime; // 修改时间(自1970年1月1日:0 算起,秒)。 
 unsigned char i_gid; // 组id(文件拥有者所在的组)。 
 unsigned char i_nlinks; // 文件目录项链接数。 
 unsigned short i_zone[9]; // 直接(0-6)、间接(7)或双重间接(8)逻辑块号。 
 /* these are in memory also */ 
 struct task_struct *i_wait; // 等待该i 节点的进程。 
 unsigned long i_atime; // 最后访问时间。 
 unsigned long i_ctime; // i 节点自身修改时间。 
 unsigned short i_dev; // i 节点所在的设备号。 
 unsigned short i_num; // i 节点号。 
 unsigned short i_count; // i 节点被使用的次数,0 表示该i 节点空闲。 
 unsigned char i_lock; // 锁定标志。 
 unsigned char i_dirt; // 已修改(脏)标志。 
 unsigned char i_pipe; // 管道标志。 
 unsigned char i_mount; // 安装标志。 
 unsigned char i_seek; // 搜寻标志(lseek 时)。 
 unsigned char i_update; // 更新标志。 
 }; 

inode里存放着文件在磁盘中的 block 号,以及其他的一些文件描述信息。可以存在多级的盘块位置引导,分为直接索引、间接索引获得 block 位置。

根据 目录 inode 找到对应数据盘块号中的数据,其中有该目录下存在子目录的 inode 盘块号。一层一层查找下去就可以找到最终目标目录的位置。

📘 实验指导书:https://www.lanqiao.cn/courses/115/labs/575/document/