linux0.11中switch_to理解

        最近看linux0.11源码时,看到任务切换函数switch_to,感觉很晦涩,于是在网上查了一些资料,现在终于有些眉目,特记录于此,以方便大家参考,有什么错误或不足之处,还请大家指出~微笑

switch_to源码

/*
 *    switch_to(n) should switch tasks to task nr n, first
 * checking that n isn't the current task, in which case it does nothing.
 * This also clears the TS-flag if the task we switched to has used
 * tha math co-processor latest.
 */
#define switch_to(n) {\
struct {long a,b;} __tmp; \
__asm__("cmpl %%ecx,_current\n\t" \
    "je 1f\n\t" \
    "movw %%dx,%1\n\t" \
    "xchgl %%ecx,_current\n\t" \
    "ljmp %0\n\t" \
    "cmpl %%ecx,_last_task_used_math\n\t" \
    "jne 1f\n\t" \
    "clts\n" \
    "1:" \
    ::"m" (*&__tmp.a),"m" (*&__tmp.b), \
    "d" (_TSS(n)),"c" ((long) task[n])); \
}

大部分代码都很容易看懂,主要是:判断当前任务是否是要切换的任务,是则跳到标号1,即不做任何事;交换;调整等。。。

这里重点强调_TSS(n) 和ljmp %0;

(2)_TSS(n),作用是生成TSS的段选择符

#define FIRST_TSS_ENTRY 4

#define _TSS(n) ((((unsigned long) n)<<4)+(FIRST_TSS_ENTRY<<3))

当通过以上两个代码是不足以明白_TSS(n)的机制,需要结合以下知识;

linux0.11中switch_to理解_第1张图片

上图描述linux内核中GDT的布局;0-nul, 1-cs, 2-ds, 3-syscall, 4-TSS0, 5-LDT0, 6-TSS1 等。。。

linux0.11中switch_to理解_第2张图片

上图是段选择符,TI=0表示在GDT(全局描述符表)中,1表示在LDT(局部描述符表)中,RPL表示优先级;描述符索引就是在GDT中的索引;

通过上面两张图,下面分析代码,从图1可以看出第一个TSS位于索引为4的位置,于是#define FIRST_TSS_ENTRY 4;而FIRST_TSS_ENTRY<<3表示左移3位,因为TI和RPL总共占3为;((unsigned long) n)<<4为什么要左移4位呢?从图1可以看出TSS索引都是偶数,于是TI(1位)+RPL(2位)+偶数位(1)=4;通过上述组合就可以得到TSS选择子;

()ljmp %0或(ljmp *%0)

首先是为什么要加*?这是gas语法,表示绝对跳转(与C中的*是不同的),若程序没有加*,则编译器会自己加上*,可以在linux中测试;

ljmp用法说明:(很重要)

按AS手册,ljmp指令存在两种形式,即:
   一、直接操作数跳转,此时操作数即为目标逻辑地址(选择子,偏移),即形如:ljmp $seg_selector, $offset的方式;
   二、使用内存操作数,这时候,AS手册规定,内存操作数必须用“*”作前缀,即形如:ljmp *mem48,其中内存位置mem48处存放目标逻辑地址: 高16bit存放的是seg_selector,低32bit存放的是offset。注意:这条指令里的“*”只是表示间接跳转的意思,与C语言里的“*”作用完全不同。

回到源码上,ljmp %0用的ljmp的第二种用法,“ljmp *%0”这条语句展开后相当于“ljmp *__tmp.a”,也就是跳转到地址&__tmp.a中包含的48bit逻辑地址处。而按struct _tmp的定义,这也就意味着__tmp.a即为该逻辑地址的offset部分,__tmp.b的低16bit为seg_selector(高16bit无用)部分。由于在"ljmp %0"之前,"movw %%dx,%1"这条语句已经把状态段选择子"__TSS(n)"的值赋给了__tmp.b的低16bit。至于为什么要用*&__tmp.a,目前还不清楚,其实*&__tmp.a和__tmp.a是一样的,通过汇编也可以看出;这里就先不用关心它了;

通过以上说明,可以知道了ljmp将跳转到选择子指定的地方,大致过程是,ljmp判断选择子为TSS类型,于是就告诉硬件要切换任务,硬件首先它要将当前的PC,esp,eax等现场信息保存在当前自己的TSS段描述符中,然后再将目标TSS段描述符中的pc,esp,eax的值拷贝至对应的寄存器中.当这些过程全部做完以后内核就实现了内核的切换;可以参考下图:

linux0.11中switch_to理解_第3张图片


总结:

通过以上内容,可以大致了解到任务切换的流程,switch_to中关键是ljmp %0;

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