CosOS任务切换的实现

来源：互联网发布：手机照片写字软件编辑：程序博客网时间：2024/05/14 15:04

CosOS是我为我设计编写的操作系统取的名称，有关CosOS的介绍请阅读：CosOS 0.01 alpha 操作系统预览

CosOS通过时钟中断来中断当前任务的执行，并进行任务切换，当时钟中断触发时，中断处理函数irq_common_stub将得到执行，以下部分将以注释的形式，详细介绍CosOS中任务切换的具体实现。

typedef struct task{ u32int kernel_stack;s32int id; char name[128];s32int parent;page_directory_t *page_directory;u32int brk_pos;u32int heap_start;u32int ticks;u32int priority;s32int nr_tty; struct task *next;s32int flags;s32int recvfrom;s32int sendto;s32int has_int_msg;struct task *q_sending;struct task *next_sending;message_t *p_msg;s32int exit_status;struct file_desc *filp[64];}task_t;

irq_common_stub:

；pushad将EAX、ECX、EDX、EBX、ESP、EBP、ESI、EDI全部压入栈中。

pushad

；由于不能直接把ds段寄存器压入栈，所以先把ds的值传递到ax寄存器中。

mov ax, ds

；这时，eax的低16位中保存有ds的值，压入栈中。

push eax

；以上代码完成当前进程的现场保护。以便下次被调度时还原进程。

；由于段寄存器不能直接使用立即数设置，所以先把值放入ax寄存器中。

mov ax, 0x10

mov ds, ax

mov es, ax

mov fs, ax

mov gs, ax

；以上代码把所有的段寄存器设置0x10，即内核数据段。

push esp

；调用IRQ处理函数，由于触发的是时钟中断，irq_handler内会调用timer_callback函数。

call irq_handler

add esp, 4

jmp switch_stack

每次时钟中断触发时，timer_callback函数都将得到执行。

static void timer_callback(registers_t *regs)

{

tick++;

//tick中保存有自开机以来，时钟中断触发的次数。

if(key_pressed)

{

inform_int(TTY_TASK);

}

//以上代码用于唤醒等待消息中的TTY任务，与任务切换无关。

schedule();

}

//schedule进行任务调度

任务调度的方案是选择剩余时间片最多的进程，并且它处于等待就绪状态，如果所有进程的时间片都已经用完，则按照它们的优先级重新设置时间片。

void schedule()

{

task_t* select_task = NULL;

while(1)

{

// 首先选择时间片最多的进程

select_task = get_greatest_ticks_task();

// 若时间片最多的进程时间片为0，则说明所有进程的时间片都已经用完。需要重新设置它们时间片。

if(select_task->ticks == 0)

{

volatile task_t *p_task = NULL;

for(p_task = ready_queue; p_task != NULL;p_task = p_task->next)

{

// 如果进程处于就绪态，则根据优先级设置时间片

if(p_task->flags == 0)

{

p_task->ticks = MAX_TICKS - p_task->priority;

//时间片时钟为最大时间片减去优先级，因此，priority越小优先级越大

}

if(select_task->flags != 0)

{

// 若时间片最多的进程不处于就绪态，则将其时间片设置为0，以免下一while轮循环再次被选中。

select_task->ticks = 0;

}

else

{

// 若时间片最多的进程处于就绪态，则跳出while循环。

break;

}

// 把当前进程设置为调度算法所选择的进程

current_task = select_task;

// 将其时间片减去一。

current_task->ticks--;

// 将当前所使用的页表切换为当前进程的页表

current_directory = current_task->page_directory;

// 设置TSS结构体中ESP字段，用户下次切换到内核态时，切换到正确的内核栈。

set_kernel_stack(current_task->kernel_stack+KERNEL_STACK_SIZE);

// 以上代码只是设置相应的变量，并没有开始进行真正的任务切换。

// 切换页表，内部通过设置CR3寄存器更新页目录地址来完成。

switch_page_directory(current_directory);

}

从irq_handler返回之后，将执行以下代码：

Switch_stack将堆栈切换到调度之后当前任务的内核栈。

；current_task是C语言代码中的变量，为了在汇编中使用，必须将其申明为外部变量

extern current_task

switch_stack:

；内核栈的地址保存在task结构体的第一步成员中，首先获取到task结构体的首地址，保存在eax中。

mov eax,dword [current_task]

；保存有内核栈地址的字段为task结构体的第一个成员，所以其地址和task结构体首地址相等，通过mov指令，将内核栈地址复制到ebx中。

mov ebx,dword [eax]

；以下三条指令，计算出进程信息所在的位置，并将esp移到改位置。

add ebx,0x2000 ;kernel stack size

sub ebx,0x40

mov esp,ebx

；跳转到 ret_from_irq，继续执行

jmp ret_from_irq

ret_from_irq:

；从栈中还原段寄存器

pop ebx

mov ds, bx

mov es, bx

mov fs, bx

mov gs, bx

；从栈中还原EAX、ECX、EDX、EBX、ESP、EBP、ESI、EDI寄存器

popad

add esp, 8

；跳过栈中一些无关的数据,如中断号等。

；执行iret指令之后，将结束时钟中断过程，这时CPU将回到用户态，并且EIP将指向被中断处的下一条指令，继续执行，完成进程的恢复。

iret

实际上，只要触发了中断，中断处理程序都会进行现场保护，只不过时钟中断会调用schedule改变current_task，从而在恢复现场的时候切换到其它进程。其它中断触发时，虽然也进行了现场保护和现场恢复，但current_task未改变所以恢复到的进程还是原先的进程。

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