MacOS环境-手写操作系统-30-进程之间互相切换原创

进程之间互相切换

1.简介

上一节我们初步介绍了进程相关的具体概念

特别是讲解了进程切换相关的数据结构也就是TSS

也实现了进程的自我切换

本节我们看看如何从当前的进程切换到新进程然后再切换回来

进程A -切换->进程B-切换->进程A.

2.代码

先看看进程B的实现一个进程主要包含一个主函数我们把进程B的主函数实现如下

void task_b_main(void) {
   showString(shtctl, sht_back, 0, 144, COL8_FFFFFF, "enter task b");

    struct FIFO8 timerinfo_b;
    char timerbuf_b[8];
    struct TIMER *timer_b = 0;

    int i = 0;

    fifo8_init(&timerinfo_b, 8, timerbuf_b);
    timer_b = timer_alloc();
    timer_init(timer_b, &timerinfo_b, 123);

    timer_settime(timer_b, 500);


    for(;;) {

       io_cli();
        if (fifo8_status(&timerinfo_b) == 0) {
            io_sti();
        } else {
           i = fifo8_get(&timerinfo_b);
           io_sti();
           if (i == 123) {
               showString(shtctl, sht_back, 0, 160, COL8_FFFFFF, "switch back");
               taskswitch7();
           }

        }

    }

}

进程B函数的逻辑是这样的

当进入到进程B后通过它的主函数现在桌面上打印出一个字符串”enter task b”

当这个字符串出现在桌面时表示进程完成了切换

然后它初始化一个时钟这个时钟超时是五秒五秒过后它调用函数taskswitch7重新切回到进程A

进程A就是主入口函数CMain 既然要切换进程B

那显然我们需要一个描述进程B的TSS结构并进行相应的初始化

代码如下

int addr_code32 = get_code32_addr();
 tss_b.eip =  (task_b_main - addr_code32);
    tss_b.eflags = 0x00000202; 
    tss_b.eax = 0;
    tss_b.ecx = 0;
    tss_b.edx = 0;
    tss_b.ebx = 0;
    tss_b.esp = 1024;//tss_a.esp;
    tss_b.ebp = 0;
    tss_b.esi = 0;
    tss_b.edi = 0;
    tss_b.es = tss_a.es;
    tss_b.cs = tss_a.cs;//6 * 8;
    tss_b.ss = tss_a.ss;
    tss_b.ds = tss_a.ds;
    tss_b.fs = tss_a.fs;
    tss_b.gs = tss_a.gs;

上面的代码需要详细解释下

首先我们把tss_b.eflags设置成0x202

这个值可以当做一个写死的值

然后我们把进程B的段寄存器设置成跟A一样

我们看看进程A的各个段寄存器分别指向哪个全局描述符 tss_a.cs 的值是8

对应全局描述符表的下标就是1(数值要除以8，上一节讲解过）

下标为1的描述符是这样的

LABEL_DESC_CODE32:  Descriptor        0,      0fffffh,       DA_CR | DA_32 | DA_LIMIT_4K

这个描述符指向一段内存这段内存的性质是可执行代码段

这段内存的起始地址在内核的汇编部分进行了初始化如下

xor   eax, eax
     mov   ax,  cs
     shl   eax, 4
     add   eax, LABEL_SEG_CODE32
     mov   word [LABEL_DESC_CODE32 + 2], ax
     shr   eax, 16
     mov   byte [LABEL_DESC_CODE32 + 4], al
     mov   byte [LABEL_DESC_CODE32 + 7], ah

上面的代码把描述符指向的内存地址的起始位置设置为LABEL_SEG_CODE32

tss_a.ds 的值为24 除以8后为3 也就是对应描述符在全局描述符表中的下标是3 这个描述符内容如下

LABEL_DESC_VRAM:    Descriptor        0,         0fffffh,            DA_DRWA | DA_LIMIT_4K

这个描述符指向的内存起始地址是0 长度为0fffffh

这段内存的性质是可读写数据段也就是从0到0fffffh 这段长度的内存是可读写的数据

tss_a.ss 的值是32 除以8后得4 因此对应的是下标为4的描述符该描述符的内容如下

LABEL_DESC_STACK:   Descriptor        0,             LenOfStackSection,        DA_DRWA | DA_32

它描述的是一段32位可读写的内存长度为LenOfStackSection

它对应的这段内存是我们在内核的汇编部分分配的内存具体如下

[SECTION .gs]
ALIGN 32
[BITS 32]
LABEL_STACK:
times 512  db 0
TopOfStack1  equ  $ - LABEL_STACK
times 512 db 0
TopOfStack2 equ $ - LABEL_STACK

LenOfStackSection equ $ - LABEL_STACK

上面分配了两个512字节总共1024字节的内存

LABEL_STACK将会设置成下标为4的描述符所对应内存的起始地址

第一个512字节作为进程A的堆栈

第二个512字节将作为进程B的堆栈上面tss_b的初始化代码中有这么一句：
tss_b.esp = 1024;

它的作用就是让进程把把堆栈指针指向第二个512字节的末尾处大家要记得

堆栈是有高地址向低地址生长的所以设置堆栈指针时要把它指向内存的末尾

在内核的汇编部分有代码将下标为4的描述符对应的内容起始地址设置为了LABEL_STACK

代码如下

     xor   eax, eax
     mov   ax,  cs
     shl   eax, 4
     add   eax, LABEL_STACK
     mov   word [LABEL_DESC_STACK + 2], ax
     shr   eax, 16
     mov   byte [LABEL_DESC_STACK + 4], al
     mov   byte [LABEL_DESC_STACK + 7], ah

最重要的三个段寄存器 cs, ds, ss,设置好

其余寄存器设置成跟进程A一样即可

接下来最重要的设置是eip指针这个指针将指向要执行代码的首地址

我们要执行的函数是task_b_main

因此eip应该指向这个函数但注意我们不能直接把这个函数的地址直接赋值给eip

eip指向的是相对于代码段起始地址的偏移当前代码段的其实地址是LABEL_SEG_CODE32

因此我们需要把task_b_main的地址减去LABEL_SEG_CODE32

所得的结果就是相对偏移了

这也是eip初始化的逻辑

tss_b.eip = (task_b_main - addr_code32);

get_code32_addr是内核的汇编部分实现的行数

目的就是返回LABEL_SEG_CODE32对应的地址

实现如下

get_code32_addr:
        mov  eax, LABEL_SEG_CODE32
        ret

上一节我们已经看到

我们通过代码将一个描述符指向结构tss_b了

代码如下

set_segmdesc(gdt + 9, 103, (int) &tss_b, AR_TSS32);

指向tss_b结构的描述符下标是9 初始化好tss_b后

只要通过一个jmp语句跳转到下标为9的描述符

那么就能将当前指向进程切换成运行task_b_main的进程了这个跳转语句实现如下

taskswitch9:
        jmp 9*8:0
        ret

进程A运行的是CMain函数它会创建一个5秒的计时器一旦超时则调用上面的函数实现任务切换

for(;;) {
.....
else if (fifo8_status(&timerinfo) != 0) {
           io_sti();
           int i = fifo8_get(&timerinfo);
           if (i == 10) {
               showString(shtctl, sht_back, 0, 176, COL8_FFFFFF, "switch to task b");
                //switch task 
               taskswitch9();
           }
.....
}

在跳转前我们会在桌面上打印出一句switch to task b表示即将进行任务切换

task_b_main的实现我们已经看过了进入task_b_main后

它会在桌面打印一条语句表示跳转成功

然后启动一个5秒的计时器五秒过后通过taskswitch7重新跳转回进程A

一旦跳转到task_b_main 桌面会打印出相关字符串

然后光标会停止住等5秒后

进程从task_b_main 切换回进程A,进程A恢复执行

于是在卡死5秒后在跳转会进程A前

task_b_main会打印出一条语句”switch back”

当这条语句出现在桌面上时控制器转回到进程A 于是光标会重新开始闪烁

这样的话我们就实现了进程从A切换到B再从B切换回A的整个流程