基于内核栈切换的进程切换

实验名称：基于内核栈切换的进程切换

实验日期:2021.6.3

班级：物联网193

姓名：伏星

学号：1930110717

一、实验目的

深入理解进程和进程切换的概念；综合应用进程、CPU 管理、PCB、LDT、内核栈、内核态等知识解决实际问题；开始建立系统认识。

二、实验环境

Linux

三、实验内容

编写汇编程序 switch_to：完成主体框架；在主体框架下依次完成 PCB 切换、内核栈切换、LDT 切换等；修改 fork()，由于是基于内核栈的切换，所以进程需要创建出能完成内核栈切换的样子。修改 PCB，即 task_struct 结构，增加相应的内容域，同时处理由于修改了 task_struct 所造成的影响。用修改后的 Linux 0.11 仍然可以启动、可以正常使用。（选做）分析实验 3 的日志体会修改前后系统运行的差别。

问题1：针对下面的代码片段： movl tss,%ecx addl $4096,%ebx movl %ebx,ESP0(%ecx) copy 回答问题：（1）为什么要加 4096；（2）为什么没有设置 tss 中的 ss0

（1）因为进程的PCB和Linux 0.11进程的内核栈在一个内存上，栈位于页内存的高地址，PCB位于页内存的低地址，最开始指向页内存的最顶端。

（2）因为tss.ss0是一个内核数据段，而只需要用到一个tss，所以不需要设置tss中的ss0了。

针对代码片段： *(--krnstack) = ebp; *(--krnstack) = ecx; *(--krnstack) = ebx; *(--krnstack) = 0; copy 回答问题：

（1）子进程第一次执行时，eax=？为什么要等于这个数？哪里的工作让 eax 等于这样一个数？（2）这段代码中的 ebx 和 ecx 来自哪里，是什么含义，为什么要通过这些代码将其写到子进程的内核栈中？（3）这段代码中的 ebp 来自哪里，是什么含义，为什么要做这样的设置？可以不设置吗？为什么？

答：（1）子进程第一次执行时，eax=0,因为要和父进程分开运行copy_process（），成功初始化进程copy_process后赋值eax得到。

（2）这段代码中的ebx和ecx来自copy_process（）的形参，含义是指一段寄存器。是由fork函数决定，作用是让父子的内核栈在初始化时完全一致。

（3）这段代码中的ebp来自用户栈地址，不需要设置否则子进程就没有用户栈。

问题 3：为什么要在切换完 LDT 之后要重新设置 fs=0x17？而且为什么重设操作要出现在切换完 LDT 之后，出现在 LDT 之前又会怎么样？

答：因为通过fs访问进程的用户态内存，LDT切换完成即切换了分配给进程的用户态内存地址空间，因此前一个fs指向的是上一个进程的用户态内存，如果想要执行下一个进程的用户态内存，就需要用这两条指令来重取fs。出现在LDT之前访问的是上一个进程的用户态内存。