计算机是如何工作的?

计算机的“三大法宝”:

  • 存储程序计算机
  • 函数调用堆栈
  • 中断机制

堆栈是计算机运行高级语言的基础

函数调用堆栈:

32位X86通过函数调用堆栈来传递参数
使用eax保存返回地址

堆栈寄存器和堆栈操作:
ebp仅记录当前函数的调用基址

堆栈相关寄存器:

其他关键寄存器:

函数调用堆栈的工作机制:
call指令:将eip中下一条指令的地址保存在栈顶

函数调用时堆栈的变化:

生成反汇编文件:

  • gcc -g
  • objbump –S

Mykernel实验模拟计算机硬件平台:

  • 中断机制为多道程序设计打下基础
  • 当一个中断信号发生的时候,CPU把当前的eip,esp,ebp都压到内核堆栈中
  • CPU和内核代码共同实现了保存现场和恢复现场
  • Mykernel实验模拟计算机硬件平台模拟了时钟中断

实验:

分析:

1.mypcb.h

  • 14行:定义thread用于存储eip和esp
  • 20、21、22行:定义pid就是进程的ID;进程状态;内核堆栈(进程管理相关的数据结构)
  • 25行:程序入口
  • 26行:用链表连接起来
  • 29行:调度器

2.mymain.c



  • 20行:设定是需要调度的标准
  • 30、31、32行:初始化0号进程的数据结构;状态是正在运行;入口是myprocess
  • 33行:堆栈的栈顶
  • 35行:创建更多的进程。
  • 42行:指向下一个进程。
  • 46行:启动0号进程。
  • 48行-56行:汇编代码,内核初始化工作
  • 52行:ret之后0号进程正式启动。

3.myinterrupt.c



  • 22-25行:my_timer_handler 函数会被内核周期性的调用,每调用1000次,就去将全局变量my_need_sched的值修改为1,通知正在执行的进程执行调度程序my_schedule
  • 57-71行:两个正在运行的进程之间进行上下文切换
  • 58行:把当前进行的ebp保存起来
  • 59行:把当前进程的esp赋给%0(指的是thread.sp)
  • 60行:把%2(指下一个进程的sp)放入esp中
  • 61行:$1f是接下来的标号1:的位置,把eip保存
  • 62行:把下一个进程eip压栈
  • 63行:下一个进程开始执行
  • 66、67行:将该进程置为执行状态,作为当前进程
  • 71-79行:内嵌汇编

总结:

进程是动态执行的实体,内核是进程的管理者。进程不但包括程序的指令和数据,而且包括程序计数器和CPU的所有寄存器以及存储临时数据的进程堆栈。所以,正在执行的进程包括处理器当前的一切活动。
进程既可以在用户态下运行,也能在内核下运行,只是内核提供了一些用户态没有的核心服务,因此进程在访问这些服务时会产生中断,必须进行用户态与内核态的切换。
掌握了函数调用堆栈、进程上下文切换方法。

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