時間片輪轉算法

算法代碼分析

（一）算法分析

　　在計算機中進程執行時需要操作系統為其分配各種資源，比如內存空間，寄存器等等，但在計算機中不可能只有一個進程，因此操作系統需要為這些進程合理分配資源，使其在運行的時候不發生沖突。時間片輪轉就是一個這樣的算法，使其每個進程輪流使用cpu資源，不發生沖突。

（二）代碼分析

　　頭文件代碼（mypcb.h）：

　　　　　　　　

#define MAX_TASK_NUM        4
#define KERNEL_STACK_SIZE   1024*8

/* 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 */
    char 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);

這段代碼中首先是兩個結構體，在Tread中ip為指令指針（程序執行的位置），sp為進程執行時的堆棧棧頂位置，PCB為進程的信息包括進程ID，進程狀態，進程的堆棧空間大小，還有thread，進程入口，還有一個為指向下一個進程的指針，my_schedule為調度函數的聲明。

 

#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].state = -1;
        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(
        "movl %1,%%esp\n\t"     /* set task[pid].thread.sp to esp */
        "pushl %1\n\t"             /* push ebp */
        "pushl %0\n\t"             /* push task[pid].thread.ip */
        "ret\n\t"                 /* pop task[pid].thread.ip to eip */
        "popl %%ebp\n\t"
        : 
        : "c" (task[pid].thread.ip),"d" (task[pid].thread.sp)    /* input c or d mean %ecx/%edx*/
    );
}   
void my_process(void)
{
    int i = 0;
    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);
        }     
    }
}

在這段代碼中代碼的執行入口為void __init my_start_kernel(void)，我們先聲明了三個外部變量，分別為進程數組，當前進程，和是否需要調度的標志位（1為需要調度，0為不需要），我們先設置0號進程的信息，注意task[pid].task_entry = task[pid].thread.ip = (unsigned long)my_process;此句的意思是將process函數的指針賦給ip和entry以便使系統去哪尋找進程入口，其他的賦值信息很簡單，不再多說，賦完值后，把當前進程設成進程0，從零開始執行，后邊的匯編代碼的目的是調到process函數，啟動進程。process函數為具體執行的內容i每次增大時10000000時打印進程id並且判斷進程是否調度。

#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 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 */
    {
        my_current_task = next; 
        printk(KERN_NOTICE ">>>switch %d to %d<<<\n",prev->pid,next->pid);  
        /* switch to next process */
        asm volatile(    
            "pushl %%ebp\n\t"         /* save ebp */
            "movl %%esp,%0\n\t"     /* save esp */
            "movl %2,%%esp\n\t"     /* restore  esp */
            "movl $1f,%1\n\t"       /* save eip */    
            "pushl %3\n\t" 
            "ret\n\t"                 /* restore  eip */
            "1:\t"                  /* next process start here */
            "popl %%ebp\n\t"
            : "=m" (prev->thread.sp),"=m" (prev->thread.ip)
            : "m" (next->thread.sp),"m" (next->thread.ip)
        ); 
     
    }
    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"         /* save ebp */
            "movl %%esp,%0\n\t"     /* save esp */
            "movl %2,%%esp\n\t"     /* restore  esp */
            "movl %2,%%ebp\n\t"     /* restore  ebp */
            "movl $1f,%1\n\t"       /* save eip */    
            "pushl %3\n\t" 
            "ret\n\t"                 /* restore  eip */
            : "=m" (prev->thread.sp),"=m" (prev->thread.ip)
            : "m" (next->thread.sp),"m" (next->thread.ip)
        );          
    }   
    return;    
}

my_timer_handler函數是中斷函數，每當它執行的時候說明進程已經用完自己的時間，該調度了。my_schedule為調度函數，next為下一個進程，prev為當前進程，調度時為兩種情況，一個是要調度的為執行過的進程，另一個為沒有執行的。第一種情況（if）是將自己的ebp賦給esp，然后將IP賦給ebp在執行進程，而第二種情況就有不同，是自己載入自己的基地址賦給esp。

實驗過程與結果

總結

　　對於進程切換的關鍵點為保存自己的信息，然后載入下一個指令，這個具體體現在匯編代碼中，下一篇文章會分析一下調度算法里的匯編代碼，指出他們是如何保存信息的，並且切換進程的。