极简

本文前置内容：实现用户进程-进入用户态 本节对应分支：userprog 初始化TSS、C语言接管GDT 下面是 global.h 中添加的代码： 123456789101112131415161718192021222324252627282930313233343536373839//文件说明：global.h//=============用户进程的段选择子================#define SELECTOR_U_CODE ((5 << 3) + (TI_GDT << 2) + RPL3)#define SELECTOR_U_DATA ((6 << 3) + (TI_GDT << 2) + RPL3)#define SELECTOR_U_STACK SELECTOR_U_DATA// ===============GDT描述符属性=================#define DESC_G_4K 1#define DESC_D_32 1#define DESC_L 0 // 64位 ...

本文前置内容(必看)：TSS/LDT/GATE ，中断详解 ，进程的虚拟内存布局、《装载、链接与库》 本节对应代码讲解：实现用户进程-代码详解 概述 操作系统有三大核心功能：内存管理、进程管理、文件管理 。截至目前，我们已经完成了内存管理和进程管理的部分内容，对于内存管理，咋们还差内存回收机制；对于进程管理，由于线程是进程的基础，之前咋们实现了线程，所以进程也就完成了一半；文件管理将在不久后实现文件系统后再进行。 任务切换的原生方式 在 TSS/LDT/GATE 一文中，我们简单了解过 TSS 与 LDT 的作用，明白了 TSS 和 LDT 只是理想中的任务管理和切换的工具： Intel 建议用 TSS 来保存并恢复任务的状态，用 LDT 来保存任务的实体资源 。而考虑到效率问题，现代操作系统并未（完全）使用 TSS 和 LDT 来进行任务切换。至于为什么效率低下，看看其任务切换的具体过程便能体会到： CPU 原生支持 的任务切换方式有两种：1）中断 + 任务门；2）call / jmp + 任务门；下面分别介绍这两种方式。 中断+任务门 既然是通过中断调用，那么调用方式只能通过 ...

本文前置内容：浅谈锁机制 本节对应分支：lock 在上节内容中我们提到，当线程申请锁时，如果该锁已经被其他线程拥有，则此线程必须在该锁上陷入睡眠，直到锁的拥有者将其叫醒。所以我们先实现进程的睡眠与觉醒。 123456789101112131415161718192021222324//thread.cvoid thread_block(enum task_status stat){ assert(((stat == TASK_BLOCKED) || (stat == TASK_WAITING) || (stat == TASK_HANGING))); enum intr_status old_status = intr_disable(); struct task_struct* cur_thread = running_thread(); cur_thread->status = stat; schedule(); //将当前线程换下处理器 intr_set_status(old_status) ...

前言 在上节线程 - 进阶 - 任务调度的末尾，笔者演示了当删去 put_str() 上下的 STI 和 CLI 后发生的错误情况（打印不规律，且发生 GP 异常）这是为什么呢？这里就不卖关子了，直接原因是 线程不同步 。这样说了也当白说，让我们仔细还原现场： k_thread_a 在 put_char 中读取了字符打印的光标位置 p 。 当 k_thread_a 准备更新光标位置时，中断发生，切换到 k_thread_b 。 k_thread_b 读取光标位置，由于 k_thread_a 还未更新光标，所以此时光标值仍为 p 。 于是，k_thread_b 在相同地方打印字符，覆盖了 k_thread_a 的字符。 因此才出现少字符的情况。对于其他错误，比如一大串空格以及 GP 异常，就不详细说明原因了，只需明白，它们的罪魁祸首都是线程不同步造成的。为了进一步解释什么叫线程不同步，先来看看下面几个概念： 临界区： 是指包含有共享数据的一段 代码 ，这些代码可能被多个线程访问或修改。临界区的存在就是为了保证当有一个线程在临界区内执行的时候，不能有其他任何线程被允许在临界区执行。 ...

前置内容：线程-基础-加载线程 本节分支：thread-schedule 概览 任务链表 通常使用链表来维护任务队列。链表本身不是本节的重点，所以笔者将其放在文末。 任务调度基础 基于上节内容对 thread.c 和 thread.h 进行改进。 任务切换 改进时钟中断，添加任务调度器，开始任务切换。 任务调度基础 thread.h 1234567891011121314//thread.hstruct task_struct { uint32_t* self_kstack; enum task_status status; char name[16]; uint8_t priority; uint8_t ticks; uint32_t elapsed_ticks; struct list_elem general_tag; struct list_elem all_list_tag; uint32_t* pgdir; ...

本节前置内容：内存管理-基础-初始化内存池 本节对应分支：memory-alloc 概述 对笔者而言，内存分配一直是操作系统最神秘的部分之一，从学习编程开始，就一直能在耳边听到这个词，所以这也是本人最期待的部分，不知读者是否也是如此呢？本节我们实现的内存分配是“整页分配”，这与 malloc 函数不同，后者能申请任意大小的内容，而前者的申请单位则是以页为计。不过，malloc 也是基于“整页分配”进行的，所以未来我们也会借助本节内容来实现 malloc 函数。 本节的函数逻辑也都很简单，只是它们的数量较多，关系稍显复杂，所以贴心的笔者（手动狗头^_^）献上一幅函数关系图以供大家参考： 上图就是内存申请的全过程，大括号中包含的函数即为括号所指函数中调用的函数，且从上到下依次调用。上图只是为了让大家稍微熟悉页分配的过程，具体过程咋们还是来看代码吧。 代码解析 123456789101112131415161718192021222324252627282930//memory.henum pool_flags { PF_KERNEL = 1, // 内核内存池 ...

本节对应分支：string 下节我们将要实现内存管理，这不可避免地要频繁使用到 memcpy、memset 等函数，有了内存操作函数就很容易实现字符串操作函数 strcpy、strcat 等。所以这节我们来实现内存操作和字符串操作函数。本节内容虽然简单，但有许多代码规范需要注意，还请读者不可掉以轻心。 memset 1234567void memset(void* dst, char var, unsigned int size){ assert(dst != NULL); unsigned char* tmp = dst; while((size--) > 0) *tmp++ = var;} 注意，void* 是无法直接作指针运算的，因为编译器无法确定其步长及其解释方式 。因此，需要定义 unsigned char* tmp 来代替 void* dst ，tmp 指针的步长即为 1 字节。以下同理。 什么是指针的步长？就是指 ++ 或 -- 时指针移动的字节数。 什么是解释方式？就是指定编译器如何去解释指针所指向的这个 ...

本文参考：并发和并行，区分进程和线程，《操作系统真相还原》《操作系统哲学原理》 本节分支：thread 嚯，跨过千山万水，咋们终于要实现线程啦！这是既内存管理后，笔者最期待的部分。正式开干前，先让我们了解一下本节的学习框架。 概览 并发和并行、同步与异步 这是常见而又容易混淆的几种关于任务执行的概念，它们与线程、进程息息相关。 任务、进程、线程 任务是 CPU 的最小调度单元；任务既可以是线程，也可以是进程；线程是在进程基础上进行的第二次并发 。 PCB 进程/线程的身份证，用于存放进程/线程的管理和控制信息。 线程的内核态与用户态实现 粗略了解这两种方式的优缺点以及现代操作系统对线程的实现模型。 线程实现 初步实现线程，这是下节实现任务调度的基础。 并发与并行、同步与异步 并发和并行 并发又称“伪并行” ，并发的实质是一个物理 CPU 在若干道程序之间来回切换，每一刻都只有一个任务在 CPU 上执行 ，但因为切换任务的速度相当快，所以看上去是多个任务同时执行。 需要注意的是，伪并行降低的是任务的平均响应时间，也就是说，并发让执行时间短的任务可以不必等待那些执行时间长的任务 ...

本节对应分支：memory 概述 操作系统内存管理可以说是操作系统中最重要的部分 ，它是未来所有工作的基础。内存管理相当复杂，大约有如下内容： 但本节并不会讨论以上全部内容，而是根据我们自制操作系统的需要来进行。我们当前的任务是完成操作系统的内存划分（本节）以及虚拟内存的申请（下节），即虚拟空间到物理内存的映射，其他内容咋们后续按需补充。本节内容如下： 通过 BIOS 中断获取内存容量 既然要分配内存，就一定需要知道系统的内存容量有多大，这通过 BIOS 中断来获取。 通过位图来管理内存 管理内存时，肯定需要知道哪些内存已经被使用，哪些还没有使用，这些信息通过我们自己维护的位图来获取。 规划内存池 管理内存前，当然还需要对内存做出规划，比如，哪些内存给内核使用，哪些内存又给用户使用。 向页表填写映射关系 我们早就实现了分页机制，就差向其中填入映射关系啦！笔者期待已久，让我们开始吧。 获取内存容量 获取内存容量的例程已经由操作系统厂商写好并存入了 BIOS 中，因此我们只需要调用 BIOS 中断即可。现在问题是，进入保护模式后，BIOS 中断无法再被调用，这怎么办呢？不得已，我 ...

字符串化# C 语言中，# 号可用于将宏参数转为字符串，如下： 1234567#define STR(x) #xint main(){ int age=18; printf(STR(age)); //输出字符串age,而非18 printf(STR(18)); //输出字符串18} 这种用法有什么使用场景呢？如下，有时候我们需要取得宏函数参数（表达式/变量）的字面内容： 12345678#define warn(expr) printf(#expr)int main(){ int a=0; int b=0; warn(a==0); //打印"a==0" return 0;} 这在某些情况下很有用，比如 assert 宏，参见assert剖析。 另外需要注意，当宏参数是另一个宏的时候，宏定义里有用 # 的地方宏参数不会再展开 ，比如： 123456#define warn(expr) printf(#expr)#define Π 3.14int main(){ w ...