Linux0.11内核源码——内核态进程切换的改进

Posted 2021-03-23 zsbenn

由于Linux0.11的内核态进程切换使用的方式是用ljmp来进行TSS的跳转，效率较低，因此考虑对其进行优化，改为后面版本使用的kernel stack栈的切换

需要做的任务

　　1.重写schedule，switch_to函数

　　2.将修改过的函数接在一起

　　3.修改fork函数

目前 Linux 0.11 中工作的 schedule() 函数是首先找到下一个进程的数组位置 next，而这个 next 就是 GDT 中的 n，所以这个 next 是用来找到切换后目标 TSS 段的段描述符的，一旦获得了这个 next 值，直接调用上面剖析的那个宏展开 switch_to(next);就能完成如图 TSS 切换所示的切换了。

现在，我们不用 TSS 进行切换，而是采用切换内核栈的方式来完成进程切换，所以在新的 switch_to 中将用到当前进程的 PCB、目标进程的 PCB、当前进程的内核栈、目标进程的内核栈等信息。由于 Linux 0.11 进程的内核栈和该进程的 PCB 在同一页内存上（一块 4KB 大小的内存），其中 PCB 位于这页内存的低地址，栈位于这页内存的高地址；另外，由于当前进程的 PCB 是用一个全局变量 current 指向的，所以只要告诉新 switch_to()函数一个指向目标进程 PCB 的指针就可以了。同时还要将 next 也传递进去，虽然 TSS(next)不再需要了，但是 LDT(next)仍然是需要的，也就是说，现在每个进程不用有自己的 TSS 了，因为已经不采用 TSS 进程切换了，但是每个进程需要有自己的 LDT，地址分离地址还是必须要有的，而进程切换必然要涉及到 LDT 的切换。

对应的switch_to源码应该修改下：

if ((*p)->state == TASK_RUNNING && (*p)->counter > c) 
    c = (*p)->counter, next = i; 

//......

switch_to(next);

改为

if ((*p)->state == TASK_RUNNING && (*p)->counter > c) 
    c = (*p)->counter, next = i, pnext = *p;

//.......

switch_to(pnext, LDT(next)); 

 

然后再修改switch_to函数

switch_to:
    !处理栈帧 
    pushl %ebp
    movl %esp,%ebp
    
    !寄存器压栈处理 
    pushl %ecx
    pushl %ebx
    pushl %eax
    
    !ebx,current指向下一个pcb：8(%ebp)表示ebp上两格：因为switch_to有两个参数pnext和LDT(next),所以向上两格刚好是pnext 
    movl 8(%ebp),%ebx
    cmpl %ebx,current
    
    je 1f
! 切换PCB
    ! ...
! TSS中的内核栈指针的重写
    ! ...
! 切换内核栈
    ! ...
! 切换LDT
    ! ...
    movl $0x17,%ecx
    mov %cx,%fs
! 和后面的 clts 配合来处理协处理器，由于和主题关系不大，此处不做论述
    cmpl %eax,last_task_used_math 
    jne 1f
    clts

1:    popl %eax
    popl %ebx
    popl %ecx
    popl %ebp
ret