Linux任务切换代码(switch_to)详解

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以下代码来自Linux-1.0内核 include/linux/sched.h 文件。

(注意到Linux 0.11版的内核基本上也同样是这段代码,所以本文也同样适用于0.11内核)

01   #define switch_to(n) { /
02   struct (long a,b;} __tmp; /
03   __asm__("cmpl %%ecx,current /n/t" /
04   "je 1f/n/t" /
05   "xchgl %%ecx, current/n/t" /
06   "movw %%dx, %1/n/t" /
07   "ljmp *%0/n/t" /
08   "cmpl %%ecx, %2/n/t" /
09   "jne 1f/n/t" /
10   "clts/n" /
11 "1:" /
12 ::"m" (*&__tmp.a), "m" (*&__tmp.b), /
13 "m" (last_task_used_math),"d" _TSS(n), "c" ((long) task[n])); /
14 }

注释:这是一个嵌入式汇编宏,作用是从当前任务切换到任务n,在进程调度程序中被调用。下面我来逐行注释它。

第2行定义了一个结构,包含2个long类型整数。

第3行将task[n]与current比较,其中task[n]是要切换到的任务,current是当前任务;

第4行说明,如果要切换到的任务是当前任务,则跳到标号1,即结束,什么也不做,否则继续执行下面的代码。

第5行交换两个操作数的值,相当于C代码的:current = task[n] ,ecx = 被切换出去的任务(原任务);

第6行将新任务的TSS选择符赋值给 __tmp.b;

第7行是理解任务切换机制的关键。长跳转至 *&tmp,造成任务的切换。AT&T语法的ljmp相当于Intel语法的 jmp far SECTION : OFFSET,在这里就是将(IP)<-__tmp.a,(CS)<-__tmp.b,它的绝对地址之前加星号("*")。当段间指令jmp所含指针的选择符指示一个可用任务状态段的TSS描述符时,将造成任务切换。那么CPU怎么识别描述符是TSS描述符而不是其他描述符呢?这是因为所有描述符(一个描述符是64位)中都有4位用来指示该描述符的类型,如描述符类型值是9或11都表示该描述符是TSS描述符。好了,CPU得到TSS描述符后,就会将其加载到任务寄存器TR中,然后根据TSS描述符的信息(主要是基址)找到任务的tss内容(包括所有的寄存器信息,如eip),根据其内容就可以开始新任务的运行。我们暂且把这个恢复所有寄存器状态的过程称为恢复寄存器现场。

第8~10行是判断原任务上次是否使用过协处理器,若是,则清除寄存器CR0的TS标志。

第2个难点是:在第7行执行后,完成任务切换(即切换到新的任务里执行);当任务切换回来后才会继续执行第8行!下面详解其原因。

既然任务切换时CPU会恢复寄存器现场,那么它当然也会保存寄存器现场了。这些寄存器现场都会被写入原任务的tss结构里,值得注意的是,EIP会指向引起任务切换指令(第7行)的下一条指令(第8行),所以,很明显,当原任务有朝一日再次被调度运行时,它将从EIP所指的地方(第8行)开始运行。

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