《30天自制操作系统》15_day_学习笔记

harib12a:
　　这一部分我们来尝试两个任务的切换。下面我们一步一步的看：

　　1、定义TSS任务状态段（task statuc segment）；定义的一种段，需要在GDT中定义使用

//TSS任务状态段（task statuc segment）
struct TSS32 {//26个int成员，104字节
    //与任务设置相关的信息（任务切换时，除backlink,都不会被写入）
    int backlink, esp0, ss0, esp1, ss1, esp2, ss2, cr3;
    //32位寄存器；eip任务返回时，找到返回的地址
    int eip, eflags, eax, ecx, edx, ebx, esp, ebp, esi, edi;
    //16位寄存器
    int es, cs, ss, ds, fs, gs;
    //第一行一样，有关任务设置的信息。任务切换时CPU不写
    //ldtr = 0; iomap = 0x4000_0000
    int ldtr, iomap;
};

　　2、尝试两个任务的切换。A和B

//(1)、两个任务定义
　　struct TSS32 tss_a, tss_b;
//(2)、任务初始化：ldtr和iomap赋初值
    tss_a.ldtr = ;
    tss_a.iomap = 0x40000000;
    tss_b.ldtr = ;
    tss_b.iomap = 0x40000000;
//(3)、在GDT中定义3号、4号
    set_segmdesc(gdt + , , (int) &tss_a, AR_TSS32);
    set_segmdesc(gdt + , , (int) &tss_b, AR_TSS32);

　　3、TR(task  register)寄存器：让CPU记住当前运行哪一个任务(GDT中任务号*8）

    //HariMain
    load_tr( * );
    //naskfunc.nas
    _load_tr:        ; void load_tr(int tr);
        LTR        [ESP+]            ; tr
        RET
    //任务切换函数
    _taskswitch4:    ; void taskswitch4(void);
        JMP        *:;4*8用来指向TSS。这个是任务段啊！哥哥
        RET        ;从汇编语言返回到C语言执行

　　4、程序执行10s后进行任务切换

void HariMain(){
    //.......B的任务栈
    tss_b.esp = task_b_esp;//B的任务栈
    task_b_esp = memman_alloc_4k(memman,  * ) +  * ;
    //.......
    else if (i == ) { /* 10秒定时器超时 */
        putfonts8_asc_sht(sht_back, , , COL8_FFFFFF, COL8_008484, "10[sec]", );
        taskswitch4();　 //进行任务切换
    } else if (i == ) { /* 3昩僞僀儅 */
    //......
}

harib12b：
　　上一步，我们让任务B切换到任务A；下面再切回任务A 。改写task_b_main();最后调用taskswitch3()切回任务A：

void task_b_main(void)
{    //.....
    timer = timer_alloc();
    timer_init(timer, &fifo, );
    timer_settime(timer, );
    //....定时器超时时间为5s，5s后切回任务A。3号
    taskswitch3();
}   //　　跳到GDT中3号段的位置
_taskswitch3:    ; void taskswitch3(void);
    JMP        *:
    RET

harib12c：

　　上面我们进行了任务A、B之间的切换，方法是为A\B都写一个任务入口的函数，在这个函数中调用teskswitch()；然而在真正的系统中，如果我们有100个任务，难道我们要去为这100个任务写100个处理函数？显然这不是我们想要的，接下来我们来实现一个通用函数来进行任务切换。

;函数：farjmp(eip,cs);
;例如：farjmp(0，4*8);表示切换到GDT的4号段的任务
_farjmp:        ; void farjmp(int eip, int cs);
    JMP        FAR    [ESP+]       ; eip, cs
    RET

　　接着准备一个任务切换的计时器。timer_ts,用每0.02s执行一次任务的切换。每次farjmp切换返回的时候，将定时器重新设定到0.02s后，让程序返回0.02s后再次执行任务切换。

//HariMain部分代码：
load_tr( * )//初始化TR寄存器位3号，任务A运行
for (;;) {
    //...
    farjmp(,  * );//跳到4号，任务B
    timer_settime(timer_ts, );//延时0.02s
    //...
}
void task_b_main(void)//任务B做的事情。
{    //...
    farjmp(,  * );跳到3号，任务A
    timer_settime(timer_ts, );//这个好像没有执行啊！！！？？？
}

harib12d：
　　sht_back背景图层实在HariMain中定义的。怎么让void task_b_main(void)知道sht_back的值？我们将将sht_back的地址写到内存0x0fec中。然后再task_b_main(void)中读出来：

//HariMain将sht_back写到内存中。
*((int *) 0x0fec) = (int) sht_back;
//task_b_main将sht_back的值读出来
sht_back = (struct SHEET *) *((int *) 0x0fec);

harib12e：

　　我们发现虽然上面实现任务之间的不断切换，但是在真机上的运行时间太慢了。因为count每计数一次就刷新一次。然而我们并不要求刷新这么频繁，人眼是分辨不出来的。我们只需要0.01s刷新一次就行了/。修改task_b_main()
　　sht_back从HM中传过来的方法：将sht_back的地址放到任务B段的起始位置，这样任务B在执行task_b_main时，会把开始的4个字节的数据当作参数*sht_back的地址。另外，task_b_main实际上就是任务B执行的内容。没有任何函数调用，不用return来返回调用处。

void task_b_main(struct SHEET *sht_back)
{
    struct FIFO32 fifo;　　　　　　　　  //32位的FIFO缓冲区
    struct TIMER *timer_ts, *timer_put;//两个定时器
    int i, fifobuf[], count = ;
    char s[];

    fifo32_init(&fifo, , fifobuf);//FIFO缓冲区初始化fifobuf[128]
    timer_ts = timer_alloc();　　　　 //任务切换定时器，0.02s
    timer_init(timer_ts, &fifo, );  //数据为2
    timer_settime(timer_ts, );

    timer_put = timer_alloc();　　　　//刷新（输出）定时器，0.01s
    timer_init(timer_put, &fifo, ); //数据为1
    timer_settime(timer_put, );

    for (;;) {
        count++;
        io_cli();
        if (fifo32_status(&fifo) == ) {　　 //缓冲区为空
            io_sti();
        } else {
            i = fifo32_get(&fifo);　　　　　　//超时了，获得定时器号
            io_sti();
            if (i == ) {　　　　　　　　　　　//数据为1，刷新定时器超时
                sprintf(s, "%11d", count);
                putfonts8_asc_sht(sht_back, , , COL8_FFFFFF, COL8_008484, s, );
                timer_settime(timer_put, );//输出后，在设定定时器1
            } else if (i == ) {　　　　　　 //数据为2，任务切换定时器。
                farjmp(,  * );　　　　　　//切换任务后再设定定时器2
                timer_settime(timer_ts, );
            }
        }
    }
}

harib12f：
　　上面我们将刷新频率固定到0.01s一次。这里我们来测试一些程序的运行速度。在task_b_main中加入一些内容：

void task_b_main(struct SHEET *sht_back)
{    //......增加一个定时器
    timer_1s = timer_alloc();
    timer_init(timer_1s, &fifo, );
    timer_settime(timer_1s, );
    //.....
    if (i == ) {    //100号；10s
    //这里没100次中断，显示count计数的值。
    sprintf(s, "%11d", count - count0);
    putfonts8_asc_sht(sht_back, , , COL8_FFFFFF, COL8_008484, s, );
    count0 = count;
    timer_settime(timer_1s, );
            }
    //........
}   //接下来笔者把显示计数的定时器去掉，重新测试了一下
    //发现速度的确有所提升，这里主要是要知道测试的方法。*****

harib12g：
　　我们上面的多任务实在HM和TB中写入任务切换来实现的。下面来创建真正的多任务

　　1、创建多任务函数

//mtask.c文件
#include "bootpack.h"
struct TIMER *mt_timer;
int mt_tr;
//初始化*mt_timer;mt_tr;
void mt_init(void)
{
    mt_timer = timer_alloc();//为定时器mt_timer分配内存
    //我们不再需要向FIFO中写数据了
    timer_settime(mt_timer, );//设置超时时间0.02s
    mt_tr =  * ;//将要写到GDT的3号段
    return;
}
void mt_taskswitch(void)
{
    if (mt_tr ==  * ) {
        mt_tr =  * ;
    } else {
        mt_tr =  * ;
    }
    timer_settime(mt_timer, );//再定时0.02s
    farjmp(, mt_tr);//任务切换
    return;
}

　　2、修改定时器中断inthandler20（）

void inthandler20(int *esp)
{    //.......
    for (;;) {
        /* timers的计时器全部在工作中，不需要flag */
        if (timer->timeout > timerctl.count) {
            break;　　　　　　　　　　 //没有超时，不发生中断。回去
        }
        /* 超时了，下面进行中断处理 */
        timer->flags = TIMER_FLAGS_ALLOC;
        if (timer != mt_timer) {　　//发生中断的定时器不是*mt_timer;
            　　　　　　　　　　　　　　//向FOFO写数据
            fifo32_put(timer->fifo, timer->data);
        } else {
        //*mt_timer;不用想FIFO写数据
            ts = ; 　　　　　　　　　/* mt_timer超时了 */
        }
        timer = timer->next; 　　　　/* 下一个计时器 */
    }
    timerctl.t0 = timer;　　　　　　 //t0放定时器链表的第一个地址
    timerctl.next = timer->timeout;//下一个定时器的超时时间。
    if (ts != ) {
        //ts就是用来进行任务A\B切换的标志
        mt_taskswitch();
    }
    return;
}

　　3、接下来，删除bootpack.c中原来的任务A.B切换的代码即可！

　　QUE：为什么不在tm_timer超时的地方直接调用mt_taskswitch();？
　　ANS：调用mt_taskswitch();进行任务切换的时候，即便中断还没有处理完成，IF（中断允许标识）可能会被重设回1，（因为任务切换的时候同时会被切换EFLAGS),这样，在定时器中断还没有处理完成的时候，会产生下一个中断请求，导致程序出错。记住：任务可以切换，中断时不能切换的。中断必须处理完成后，才能处理下一个中断，不然会有意想不到的错误。