Linux-0.11 任务调度

首先是定时器的初始化,在Linux-0.11版本中,使用的是8253/8254中的定时器0,初始化部分代码如下:
void sched_init(void)
{
	/* ... */
	outb_p(0x36,0x43);		/* binary, mode 3, LSB/MSB, ch 0 */
	outb_p(LATCH & 0xff , 0x40);	/* LSB */
	outb(LATCH >> 8 , 0x40);	/* MSB */
	set_intr_gate(0x20,&timer_interrupt);
	/* ... */
}

定时器0的端口地址是0x40,而控制寄存器的端口地址是0x43。那么首先是配置定时器0,定时器0的工作模式为模式3,二进制计数,然后是写入定时器初值,由于8253/8254定时器的数据总线只有8位,所以需要分两次写入,这里是先写入低8位,再写入高8位,那么写入的初值是多少呢,就是这里的LATCH,LATCH为(1193180/HZ),HZ定义为100,而8253/8254的输入时钟为1.193180MHz,那么定时的时间约为11931/1.1931=10000us=10ms,也就是定时器10毫秒产生一次中断,而中断处理函数为timer_interrupt,代码如下:

_timer_interrupt:
	push %ds		# save ds,es and put kernel data space
	push %es		# into them. %fs is used by _system_call
	push %fs
	pushl %edx		# we save %eax,%ecx,%edx as gcc doesn't
	pushl %ecx		# save those across function calls. %ebx
	pushl %ebx		# is saved as we use that in ret_sys_call
	pushl %eax
	movl $0x10,%eax
	mov %ax,%ds
	mov %ax,%es
	movl $0x17,%eax
	mov %ax,%fs
	incl _jiffies
	movb $0x20,%al		# EOI to interrupt controller #1
	outb %al,$0x20
	movl CS(%esp),%eax
	andl $3,%eax		# %eax is CPL (0 or 3, 0=supervisor)
	pushl %eax
	call _do_timer		# 'do_timer(long CPL)' does everything from
	addl $4,%esp		# task switching to accounting ...
	jmp ret_from_sys_call
注意在seched_init函数中,设置定时器的中断处理函数为timer_interrupt,而这里变成了_timer_interrupt,即多了个'_'前缀,这是为什么呢?在老版本的gcc在编译过程中会给全局变量和函数加上'_'前缀,而新版本的gcc则不会加上这个'_'前缀,因为新版本的gcc默认选项是-fnoleading-underscore,如果需要加上'_'前缀,可以使用-fleading-underscore选项,大家可以试一下(只编译生成.s文件,不汇编)。

那么定时器中断处理函数到底做了哪些事情呢?一是jiffies值加1,jiffies变量记录系统启动之后的时钟滴答值。二是调用do_timer函数,do_timer函数是干什么的呢,代码如下:
void do_timer(long cpl)
{
	extern int beepcount;
	extern void sysbeepstop(void);

	if (beepcount)
		if (!--beepcount)
			sysbeepstop();

	if (cpl)
		current->utime++;
	else
		current->stime++;

	if (next_timer) {
		next_timer->jiffies--;
		while (next_timer && next_timer->jiffies <= 0) {
			void (*fn)(void);
			
			fn = next_timer->fn;
			next_timer->fn = NULL;
			next_timer = next_timer->next;
			(fn)();
		}
	}
	if (current_DOR & 0xf0)
		do_floppy_timer();
	if ((--current->counter)>0) return;
	current->counter=0;
	if (!cpl) return;
	schedule();
}
beepcount为蜂鸣器的鸣叫时间,如果为0,需要停止蜂鸣器。

而参数cpl取值有0或3,如果是0,表示任务处于内核态被定时器中断,如果是3表示任务处于用户态被定时器中断,从前面的定时器中断处理函数来看,该参数值为3,即用户态被中断。如果是用户态被中断utime++,如果是内核态中断stime++,而current表示当前正在被执行的任务。

接下来的if (next_timer)这部分是内核中的软定时器,后面再来看。

do_floppy_timer和软盘相关的,这里也不去看了。

counter值如果大于0,直接返回。counter是任务或进程的时间片计数,如果大于0,说明时间片还没有用完,则该任务还会继续占用CPU,否则有可能会发生任务调度,为什么是有可能呢?因为这里还对cpl值做了判断,如果cpl值为0,即内核任务则直接返回,即内核任务是不可被抢占的,如果是处于用户态的任务,则调用schedule函数,该函数即任务调度函数。
void schedule(void)
{
	int i,next,c;
	struct task_struct ** p;

/* check alarm, wake up any interruptible tasks that have got a signal */

	for(p = &LAST_TASK ; p > &FIRST_TASK ; --p)
		if (*p) {
			if ((*p)->alarm && (*p)->alarm < jiffies) {
					(*p)->signal |= (1<<(SIGALRM-1));
					(*p)->alarm = 0;
				}
			if (((*p)->signal & ~(_BLOCKABLE & (*p)->blocked)) &&
			(*p)->state==TASK_INTERRUPTIBLE)
				(*p)->state=TASK_RUNNING;
		}

/* this is the scheduler proper: */

	while (1) {
		c = -1;
		next = 0;
		i = NR_TASKS;
		p = &task[NR_TASKS];
		while (--i) {
			if (!*--p)
				continue;
			if ((*p)->state == TASK_RUNNING && (*p)->counter > c)
				c = (*p)->counter, next = i;
		}
		if (c) break;
		for(p = &LAST_TASK ; p > &FIRST_TASK ; --p)
			if (*p)
				(*p)->counter = ((*p)->counter >> 1) +
						(*p)->priority;
	}
	switch_to(next);
}
首先是在for循环中,检查每个任务的alarm值,如果设置了alarm值,并且alarm值小于jiffies值(即已经过期),则在任务的signal位图中设置SIGALRM信号(即向任务发送SIGALRM信号),并将alarm值清零。

如果signal位图中除了被阻塞信号外还有其它信号,并且任务状态是可中断状态(TASK_INTERRUPTIBLE),则将任务的状态置成就绪态(TASK_RUNNING)。

接下来才是任务调度的核心部分。在while (1)中又有两个循环,在内核中有个任务数组,该数组长度为64,即最多同时支持64个任务,那么每个任务就会对应数组中的一个索引值,该值的范围是0~63。那么在while (--i)中首先是遍历任务数组,注意它是从后往前遍历的,如果为NULL,即没有任务,则跳过,否则将所有处于就绪态任务中的counter值(时间片)最大的那个任务选取出来,然后切换到改任务去执行。如果所有任务的counter值都为0,即所有任务的时间片已经执行完毕,则将重新分配时间片,分配的算法是根据任务的优先级(priority)来分配的,分配公式是counter = counter / 2 + priority,即优先级越高的任务/进程,分配的时间片也就越长,也就越先被执行。然后重新检查处于就绪态任务的时间片值,选取时间片最大的那个任务,最后调用switch_to进行任务切换。

总结:从上面可以看到,任务调度的核心是jiffies,而jiffies又由定时器0来更新,所以定时器在任务调度中处于核心位置。 

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