操作系统——多进程与进程调度

实验目的：

多进程的实现机理与进程调度

实验内容：

1. 多进程问题，如何扩展单进程到多进程，如何扩展中断支持多进程？

2. 如何实现系统调用

3. 进程调度问题，弄清楚实现调度的基本思路

实验环境：

VMware + Ubuntu32位

实验步骤：

1.多进程问题，如何扩展单进程到多进程，如何扩展中断支持多进程？

1）进程体
首先需要不止一个进程体，所以先实现两个不同的进程体。

2）相关变量和宏
需要实现一个进程的运行需要4个变量&宏：进程表，进程体，GDT，TSS。
与之前单进程的进程初始化步骤完全相同，但我们为了方便，构造一个循环来进行初始化步骤，使得以后每多一个进程只需要添加一次循环即可。

3）进程表与初始化
在定义了以上结构体与宏定义之后，即可以开始初始化进程。

可以看到其实和上一次实验区别不大，也就是加了个循环…

4）LDT

算法与单进程类似，只是使用了一个循环来完成多进程的LDT填充问题。
5）中断处理程序
在单进程中我们的中断处理程序有两个任务，一个是打印字符，一个是从进程表中读取或写入寄存器值，以此恢复或保存进程运行状态。多进程同理，但是别忘了加一个进程切换步骤：


每当中断到来，将p_proc_ready加一，即为指向进程表的下一个表项。当p_proc_ready指向进程表最后一项时，让他指向进程表第一项。
调试结果如下：

2.如何实现系统调用

既然是系统调用，就是用户与操作系统交互的过程，所以需要告诉操作系统我现在要跟你交互什么，用中断就是一个不错的选择。

首先，将要向操作系统提出的问题，保存在eax寄存器中。
保存了问题之后，我们需要来写一个中断处理，也就是上图中的int INT_VECTOR_SYS_CALL。

init_idt_desc(INT_VECTOR_SYS_CALL, DA_386IGate,
sys_call, PRIVILEGE_USER);

其实和我们之前使用的hwint有一点像，hwint是调用irq_table[ ]，我们这里是调用sys_call_table[eax]。当然别忘了初始化sys_call_table[ ]。在这里我们让这个数组指针中的一个指针指向我们的函数sys_get_ticks。

终于我们基本完成了初始化，下面修改一下进程。

到这一步，我们只是测试一下是否能成功中断。这个系统调用的实际功能是打印出时钟中断的数量，所以我们还需要完善。
既然是要计算时钟中断的数量，时钟中断处理程序就应该需要修改。

还是比较清晰的，来一次中断就加一呗。
然后修改sys_get_ticks()和进程Test：


结果如下：

A后面紧跟的个数表达的是这个A之前出现的#个数，也就是时钟中断的个数不是吗。
既然是对时钟中断进行操作的系统调用，我们应该发挥它“时钟”的特性，毕竟我们之前的delay函数就只是用了个循环…所以我们可以写一个计时器的系统调用。

结果如下：

3. 进程调度问题，弄清楚实现调度的基本思路

之前我们实现了基于时钟中断的delay函数，如果不同的进程执行之前delay不同时长，那我们就可以看成是给予进程不同的优先级。于是，我们选择在进程表中添加优先级的标志，也就是一个倒计时的数。

Priority为记录该进程优先级的变量，它是不变的。
Ticks为记录该进程某时刻倒计时的数，它的初始值为priority，并逐渐递减到0。
进程调度我们使用函数schedule来实现：

由于每一个进程的priority都不同，而ticks的初始值就是priority的值，所以在进程运行时，ticks值递减。当所有进程的ticks值都降到0时，全部ticks重新设置为该进程对应的priority的值，并继续递减。这样一来就实现了优先级的定义和进程调度。
此时我们的中断处理程序如下所示：

调试结果：

本次实验需要解决的问题:

1.在单进程的基础上扩展实现多进程要考虑哪些问题？

1）需要多个进程体
2）进程表与进程表初始化（变量与宏定义）
3）LDT
4）中断处理程序

2.画出以下关键技术的流程图：

– 初始化多进程控制块的过程、扩展初始化LDT和TSS

LDT与GDT的关系：

流程图：

3.如何修改时钟中断来支持多进程管理，画出新的流程图。

4.系统调用的基本框架是如何的，应该包含哪些基本功能，画出流程图。

5.如何操控可编程计数器？

根据不同硬件决定的两次时钟中断的间隔，来决定经过多少次时钟中断后，计数器计数。

6.进程调度的框架是怎样的？优先级调度如何实现？

进程调度的原理如上图，优先级则为进程表中的priority的值。priority越大，进程能分得的运行时间越多，也就意味着优先级越高。

7.动手做：修改例子程序的调度算法，模拟实现一个多级反馈队列调度算法，并用其尝试调度5-8个任务，输出性能评价信息。

1）创建5个任务。

打印了很多的空格，为了清屏。。。
2）初始化队列，修改进程表

3）调度算法

4）调试结果

8. 思考题：从用户态进程读和写内核段的数据，看能否成功，是否会触发保护，并解释原因。

1）可以读取内核段的数据
2）可以写内核段的数据