操作系统真相还原 第十三章 编写硬盘驱动程序

第十三章 编写硬盘驱动程序

硬盘及分区表

创建硬盘分区表

文件系统并不仅仅是文件存储的静态数据结构，还有一套操作的方法。

分区：由多个连续的柱面组成。

分区表：在MBR中的64位固定大小的表，每个表项是分区的描述信息，大小16字节，所以共有4个表项，即有4个分区。

4个分区：是硬盘最初设计的遗留，最多支持4个分区。后来在此基础上做扩展，3个主分区，1个作为扩展分区。最多只能有1个扩展分区，1个扩展分区理论上可以划分任意多的分区（链表结构），但是硬盘有限制，一般为几十个。

扩展分区：4个分区中最多可以有一个扩展分区。

逻辑分区：扩展分区的子分区。

编写硬盘驱动程序

实现threadyield和idle线程

yield

yield：让步，它能够让当前线程从“运行状态”进入到“就绪状态”，从而让其他等待线程获取执行权，但是不能保证在当前线程调用yield()之后，其他线程就一定能获得执行权，也有可能是当前线程又回到“运行状态”继续运行。

主动把 CPU 使用权让出来，它与出 thread_block 的区别是，thread _yield 执行后任务的状态是 TASK＿READY，即让出 CPU 后，它会被加入到就绪队列尾部，下次还能继续被调度器调度执行，而 thread_block 执行后任务的状态是 TASK_BLOCK ，需要被唤醒后才能加入

到就绪队列。

1. 先将当前任务重新加入到就绪队列（队尾）。
2. 然后将当前任务的 Status 置为 TASK_READY。
3. 最后调用 schedule 重新调度新任务。

/* 主动让出cpu,换其它线程运行 */
void thread_yield(void) {
   struct task_struct* cur = running_thread();   
   enum intr_status old_status = intr_disable();
   ASSERT(!elem_find(&thread_ready_list, &cur->general_tag));
   list_append(&thread_ready_list, &cur->general_tag);
   cur->status = TASK_READY;
   schedule();
   intr_set_status(old_status);
}

idle线程

1. 初始化时创建idle线程。
2. idle线程阻塞自己。
3. schedule中如果就绪队列没有就绪线程，唤醒idle线程。
4. idle执行hlt指令。hlt指令的功能是使系统挂起，不是cpu循环空转（cpu使用率100%），此时cpu挂起，使用率为0。

/* 初始化线程环境 */
void thread_init(void) {
   put_str("thread_init start\n");

   list_init(&thread_ready_list);
   list_init(&thread_all_list);
   lock_init(&pid_lock);

/* 将当前main函数创建为线程 */
   make_main_thread();

   /* 创建idle线程 */
   idle_thread = thread_start("idle", 10, idle, NULL);

   put_str("thread_init done\n");
}

/* 系统空闲时运行的线程 */
static void idle(void* arg UNUSED) {
   while(1) {
      thread_block(TASK_BLOCKED);     
      //执行hlt时必须要保证目前处在开中断的情况下
      asm volatile ("sti; hlt" : : : "memory");
   }
}

/* 实现任务调度 */
void schedule() {
   ASSERT(intr_get_status() == INTR_OFF);

   struct task_struct* cur = running_thread(); 
   if (cur->status == TASK_RUNNING) { // 若此线程只是cpu时间片到了,将其加入到就绪队列尾
      ASSERT(!elem_find(&thread_ready_list, &cur->general_tag));
      list_append(&thread_ready_list, &cur->general_tag);
      cur->ticks = cur->priority;     // 重新将当前线程的ticks再重置为其priority;
      cur->status = TASK_READY;
   } else { 
      /* 若此线程需要某事件发生后才能继续上cpu运行,
      不需要将其加入队列,因为当前线程不在就绪队列中。*/
   }

   /* 如果就绪队列中没有可运行的任务,就唤醒idle */
   if (list_empty(&thread_ready_list)) {
      thread_unblock(idle_thread);
   }

   ASSERT(!list_empty(&thread_ready_list));
   thread_tag = NULL;	  // thread_tag清空
/* 将thread_ready_list队列中的第一个就绪线程弹出,准备将其调度上cpu. */
   thread_tag = list_pop(&thread_ready_list);   
   struct task_struct* next = elem2entry(struct task_struct, general_tag, thread_tag);
   next->status = TASK_RUNNING;

   /* 击活任务页表等 */
   process_activate(next);

   switch_to(cur, next);
}

实现简单的休眠函数

借助thread_yield实现sleep

uint32_t ticks;          // ticks是内核自中断开启以来总共的嘀嗒数

/* 以tick为单位的sleep,任何时间形式的sleep会转换此ticks形式 */
static void ticks_to_sleep(uint32_t sleep_ticks) {
   uint32_t start_tick = ticks;

   /* 若间隔的ticks数不够便让出cpu */
   while (ticks - start_tick < sleep_ticks) {
      thread_yield();
   }
}