switch_to及ret_from_sys_call控制任务的切换与返回

switch_to及ret_from_sys_call控制任务的切换与返回

     当进程A在用户态下执行着,出现了系统调用(int 0x80),CPU转而执行_system_call(system_call.s L80)中断处理过程,

     _system_call 保持了进程A在用户态时的现场信息,然后执行call _sys_call_table(, %eax, 4)指令,当执行完本指令时,进程

     A请求的系统调用已经完成了,_system_call剩下的代码是该系统调用中断处理过程的退出阶段。

     当执行到jne reschedule时,处于内核态的进程A希望主动放弃CPU,实现进程调度,reschedule代码如下:

     reschedule:

                 pushl   $ret_from_sys_call

                 jmp  _schedule

     先将ret_from_sys_call地址入栈,然后跳转到sched.c L104 函数schedule入口处执行该函数,当执行到switch_to(next)时,

     如果此时next = B,意味着CPU的使用权将从进程A切换到进程B,当在switch_to(next)中执行完指令ljmp %0/n/t时,此时

     CPU自动将进程A的内核态现场环境保存到A对应的tss中,例如将ss, esp保存为进程A内核态堆栈,

     将cs保存为0x0008(内核代码段)将eip保存为switch_to(next)中指令cmpl %%ecx,_last_task_used_math/n/t的地址

    (即当下一次CPU重新切换到进程A时, 即将执行的指令)。

     当CPU将进程A内核态的现在保存完毕时,又自动将进程B对应的tss中的现在信息加载到CPU的寄存器中,

     这样CPU就开始执行进程B的指令了。

     一段时间后,CPU控制权再次切换到进程A中(此时进程A处于内核态,进程A之前占有CPU的进程X执行了switch_to(B)),

     此时cs = 0x0008,eip等于指令cmpl %%ecx,_last_task_used_math/n/t的地址,故而进程A执行指令cmpl %%

     ecx,_last_task_used_math,接着执行jne 1f/n/t,clts/n,当执行完clts/n指令后,接着执行ret指令,此时eip等于

     ret_from_sys_call的地址,故而函数schedule执行完毕,程序返回到ret_from_sys_call处继续执行。

     执行movl _current, %eax,_current指向进程A的struct tast_struct(进程A的任务数据结构),如果是进程A是任务0,则

     立即跳出进程A的系统调用中断处理程序;执行cmpw $0x0f,CS(%esp),如果进程A用户态的cs不是普通用户代码段,则退出;

     执行cmpw $0x17,OLDSS(%esp),如果进程A用户态堆栈不在用户数据段中,则退出。

     当排除了以上可能后,确定了进程A是一个普通的用户态进程(区别于cs=0x08,ds=ss=0x10的进程--内核进程

     (这个称呼可能不准确)),然后进行信号量处理,处理完信号量后,执行L121处标号3的代码,进程A的系统调用中断处理程序

     全部结束,进程A从内核态返回当用户态,继续执行下一条指令。

     附:  

1 _system_call:2 cmpl $nr_system_calls-1,%eax

3 ja bad_sys_call

4 push %ds

5 push %es

6 push %fs

7 pushl %edx

8 pushl %ecx # push %ebx,%ecx,%edx as parameters

9 pushl %ebx # to the system call10 movl $0x10,%edx # set up ds,es to kernel space

11 mov %dx,%ds

12 mov %dx,%es

13 movl $0x17,%edx # fs points to local data space

14 mov %dx,%fs

15 call _sys_call_table(,%eax,4)

16 pushl %eax

17 movl _current,%eax

18 cmpl $0,state(%eax) # state

19 jne reschedule

20 cmpl $0,counter(%eax) # counter

21 je reschedule

22  ret_from_sys_call:23 movl _current,%eax # task[0] cannot have signals

24 cmpl _task,%eax

25 je 3f

26 cmpw $0x0f,CS(%esp) # was old code segment supervisor ?

27 jne 3f

28 cmpw $0x17,OLDSS(%esp) # was stack segment = 0x17 ?

29 jne 3f

30 movl signal(%eax),%ebx

31 movl blocked(%eax),%ecx

32 notl %ecx

33 andl %ebx,%ecx

34 bsfl %ecx,%ecx

35 je 3f

36 btrl %ecx,%ebx

37 movl %ebx,signal(%eax)

38 incl %ecx

39 pushl %ecx

40 call _do_signal

41 popl %eax

42  3: popl %eax

43 popl %ebx

44 popl %ecx

45 popl %edx

46 pop %fs

47 pop %es

48 pop %ds

49 iret


1 void schedule(void)

2 {

3 int i,next,c;

4 struct task_struct ** p;

5 6 /* check alarm, wake up any interruptible tasks that have got a signal */7 8 for(p = &LAST_TASK ; p > &FIRST_TASK ; --p)

9 if (*p) {

10 if ((*p)->alarm && (*p)->alarm < jiffies) {

11 (*p)->signal |= (1<<(SIGALRM-1));

12 (*p)->alarm = 0;

13 }

14 if (((*p)->signal & ~(_BLOCKABLE & (*p)->blocked)) &&15 (*p)->state==TASK_INTERRUPTIBLE)

16 (*p)->state=TASK_RUNNING;

17 }

18 19 /* this is the scheduler proper: */20 21 while (1) {

22 c = -1;

23 next = 0;

24 i = NR_TASKS;

25 p = &task[NR_TASKS];

26 while (--i) {

27 if (!*--p)

28 continue;

29 if ((*p)->state == TASK_RUNNING && (*p)->counter > c)

30 c = (*p)->counter, next = i;

31 }

32 if (c) break;

33 for(p = &LAST_TASK ; p > &FIRST_TASK ; --p)

34 if (*p)

35 (*p)->counter = ((*p)->counter >> 1) +36 (*p)->priority;

37 }

38 switch_to(next);

39 }


1 #define switch_to(n) {\

2 struct {long a,b;} __tmp; \3 __asm__("cmpl %%ecx,_current\n\t" \

4 "je 1f\n\t" \

5 "movw %%dx,%1\n\t" \

6 "xchgl %%ecx,_current\n\t" \

7 "ljmp %0\n\t" \

8 "cmpl %%ecx,_last_task_used_math\n\t" \

9 "jne 1f\n\t" \

10 "clts\n" \

11 "1:" \

12 ::"m" (*&__tmp.a),"m" (*&__tmp.b), \

13 "d" (_TSS(n)),"c" ((long) task[n])); \14 }

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