linux tss 进程切换,java开发系统内核：进程切换

墨蓝 2023-01-20 10:53 99阅读 0赞

上一节，我们初步介绍了进程相关的具体概念，特别是讲解了进程切换相关的数据结构，也就是TSS,也实现了进程的自我切换，本节，我们看看如何从当前的进程切换到新进程，然后再切换回来，也就是：

进程A -切换->进程B-切换->进程A.

我们先看看进程B的实现，一个进程主要包含一个主函数，我们把进程B的主函数实现如下：

void task\_b\_main(void) \{

showString(shtctl, sht\_back, 0, 144, COL8\_FFFFFF, "enter task b");

struct FIFO8 timerinfo\_b;

char timerbuf\_b\[8\];

struct TIMER \*timer\_b = 0;

int i = 0;

fifo8\_init(&timerinfo\_b, 8, timerbuf\_b);

timer\_b = timer\_alloc();

timer\_init(timer\_b, &timerinfo\_b, 123);

timer\_settime(timer\_b, 500);

for(;;) \{

io\_cli();

if (fifo8\_status(&timerinfo\_b) == 0) \{

io\_sti();

\} else \{

i = fifo8\_get(&timerinfo\_b);

io\_sti();

if (i == 123) \{

showString(shtctl, sht\_back, 0, 160, COL8\_FFFFFF, "switch back");

taskswitch7();

进程B函数的逻辑是这样的，当进入到进程B后，通过它的主函数现在桌面上打印出一个字符串"enter task b", 当这个字符串出现在桌面时，表示进程完成了切换。然后它初始化一个时钟，这个时钟超时是五秒，五秒过后，它调用函数taskswitch7重新切回到进程A.

进程A就是主入口函数CMain. 既然要切换进程B,那显然，我们需要一个描述进程B的TSS结构，并进行相应的初始化，代码如下：

int addr\_code32 = get\_code32\_addr();

tss\_b.eip = (task\_b\_main - addr\_code32);

tss\_b.eflags = 0x00000202;

tss\_b.eax = 0;

tss\_b.ecx = 0;

tss\_b.edx = 0;

tss\_b.ebx = 0;

tss\_b.esp = 1024;//tss\_a.esp;

tss\_b.ebp = 0;

tss\_b.esi = 0;

tss\_b.edi = 0;

tss\_b.es = tss\_a.es;

tss\_b.cs = tss\_a.cs;//6 \* 8;

tss\_b.ss = tss\_a.ss;

tss\_b.ds = tss\_a.ds;

tss\_b.fs = tss\_a.fs;

tss\_b.gs = tss\_a.gs;

上面的代码需要详细解释下，首先我们把tss\_b.eflags设置成0x202,这个值可以当做一个写死的值，然后，我们把进程B的段寄存器设置成跟A一样，我们看看进程A的各个段寄存器分别指向哪个全局描述符，tss\_a.cs 的值是8，对应全局描述符表的下标就是1(数值要除以8，上一节讲解过)。下标为1的描述符是这样的：

LABEL\_DESC\_CODE32: Descriptor 0, 0fffffh, DA\_CR | DA\_32 | DA\_LIMIT\_4K

这个描述符指向一段内存，这段内存的性质是可执行代码段，这段内存的起始地址在内核的汇编部分进行了初始化，如下：

xor eax, eax

mov ax, cs

shl eax, 4

add eax, LABEL\_SEG\_CODE32

mov word \[LABEL\_DESC\_CODE32 + 2\], ax

shr eax, 16

mov byte \[LABEL\_DESC\_CODE32 + 4\], al

mov byte \[LABEL\_DESC\_CODE32 + 7\], ah

上面的代码把描述符指向的内存地址的起始位置设置为LABEL\_SEG\_CODE32，

tss\_a.ds 的值为24，除以8后为3，也就是对应描述符在全局描述符表中的下标是3，这个描述符内容如下：

LABEL\_DESC\_VRAM: Descriptor 0, 0fffffh, DA\_DRWA | DA\_LIMIT\_4K

这个描述符指向的内存起始地址是0，长度为0fffffh, 这段内存的性质是可读写数据段，也就是从0到0fffffh这段长度的内存是可读写的数据。

tss\_a.ss 的值是32，除以8后得4，因此对应的是下标为4的描述符，该描述符的内容如下：

LABEL\_DESC\_STACK: Descriptor 0, LenOfStackSection, DA\_DRWA | DA\_32

它描述的是一段32位可读写的内存，长度为LenOfStackSection，它对应的这段内存是我们在内核的汇编部分分配的内存，具体如下：

\[SECTION .gs\]

ALIGN 32

\[BITS 32\]

LABEL\_STACK:

times 512 db 0

TopOfStack1 equ $ - LABEL\_STACK

times 512 db 0

TopOfStack2 equ $ - LABEL\_STACK

LenOfStackSection equ $ - LABEL\_STACK

上面分配了两个512字节，总共1024字节的内存，LABEL\_STACK将会设置成下标为4的描述符所对应内存的起始地址，第一个512字节，作为进程A的堆栈，第二个512字节，将作为进程B的堆栈，上面tss\_b的初始化代码中有这么一句：

tss\_b.esp = 1024;

它的作用就是让进程把把堆栈指针指向第二个512字节的末尾处，大家要记得，堆栈是有高地址向低地址生长的，所以设置堆栈指针时，要把它指向内存的末尾。

在内核的汇编部分，有代码将下标为4的描述符对应的内容起始地址设置为了LABEL\_STACK, 代码如下：

xor eax, eax

mov ax, cs

shl eax, 4

add eax, LABEL\_STACK

mov word \[LABEL\_DESC\_STACK + 2\], ax

shr eax, 16

mov byte \[LABEL\_DESC\_STACK + 4\], al

mov byte \[LABEL\_DESC\_STACK + 7\], ah

最重要的三个段寄存器，cs, ds, ss,设置好，其余寄存器，设置成跟进程A一样即可，接下来最重要的设置是eip指针，这个指针将指向要执行代码的首地址，我们要执行的函数是task\_b\_main ,因此eip应该指向这个函数，但注意，我们不能直接把这个函数的地址直接赋值给eip, eip指向的是相对于代码段起始地址的偏移，当前代码段的其实地址是LABEL\_SEG\_CODE32， 因此我们需要把task\_b\_main的地址减去LABEL\_SEG\_CODE32,所得的结果就是相对偏移了，这也是eip初始化的逻辑：

tss\_b.eip = (task\_b\_main - addr\_code32);

get\_code32\_addr是内核的汇编部分实现的行数，目的就是返回LABEL\_SEG\_CODE32对应的地址，实现如下：

get\_code32\_addr:

mov eax, LABEL\_SEG\_CODE32

ret

上一节，我们已经看到，我们通过代码，讲一个描述符指向结构tss\_b了，代码如下：

set\_segmdesc(gdt + 9, 103, (int) &tss\_b, AR\_TSS32);

指向tss\_b结构的描述符下标是9，初始化好tss\_b后，只要通过一个jmp语句，跳转到下标为9的描述符，那么就能将当前指向进程切换成运行task\_b\_main的进程了，这个跳转语句实现如下：

taskswitch9:

jmp 9\*8:0

ret

进程A运行的是CMain函数，它会创建一个5秒的计时器，一旦超时，则调用上面的函数实现任务切换：

for(;;) \{

.....

else if (fifo8\_status(&timerinfo) != 0) \{

io\_sti();

int i = fifo8\_get(&timerinfo);

if (i == 10) \{

showString(shtctl, sht\_back, 0, 176, COL8\_FFFFFF, "switch to task b");

//switch task

taskswitch9();

.....

在跳转前，我们会在桌面上打印出一句switch to task b表示即将进行任务切换，task\_b\_main的实现我们已经看过了，进入task\_b\_main后，它会在桌面打印一条语句，表示跳转成功，然后启动一个5秒的计时器，五秒过后，通过taskswitch7重新跳转回进程A.

从运行过程上看，当进程A运行时，有一个光标会在文本框中不断的闪烁：

![e095e4ff70d7?utm\_campaign=maleskine&utm\_content=note&utm\_medium=seo\_notes&utm\_source=recommendation][e095e4ff70d7_utm_campaign_maleskine_utm_content_note_utm_medium_seo_notes_utm_source_recommendation]

这里写图片描述

一旦跳转到task\_b\_main, 桌面会打印出相关字符串，然后光标会停止住，等5庙后，进程从task\_b\_main,切换回进程A,进程A恢复执行，于是在卡死5秒后，在跳转会进程A前，task\_b\_main会打印出一条语句"switch back",当这条语句出现在桌面上时，控制器转回到进程A, 于是光标会重新开始闪烁。

这样的话，我们就实现了进程从A切换到B再从B切换回A的整个流程：

这里写图片描述

更加详细的讲解和调试演示请参看视频。

更多技术信息，包括操作系统，编译器，面试算法，机器学习，人工智能，请关照我的公众号：

这里写图片描述

[e095e4ff70d7_utm_campaign_maleskine_utm_content_note_utm_medium_seo_notes_utm_source_recommendation]: /images/20221021/c5828e519fe6493cba3a1c7c4ca3f816.png