Linux0.11内核--进程调度分析之1.初始化

Posted 2020-07-26 是非猫

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首先看main.c里的初始化函数main函数里面有个函数是对进程调度的初始化，sched_init()函数，次函数在sched.c中实现：

// 调度程序的初始化子程序。
void sched_init (void)
{
  int i;
  struct desc_struct *p;	// 描述符表结构指针。

  if (sizeof (struct sigaction) != 16)	// sigaction 是存放有关信号状态的结构。
    panic ("Struct sigaction MUST be 16 bytes");
  // 设置初始任务（任务0）的任务状态段描述符和局部数据表描述符(include/asm/system.h,65)。
  set_tss_desc (gdt + FIRST_TSS_ENTRY, &(init_task.task.tss));
  set_ldt_desc (gdt + FIRST_LDT_ENTRY, &(init_task.task.ldt));
  // 清任务数组和描述符表项（注意i=1 开始，所以初始任务的描述符还在）。
  p = gdt + 2 + FIRST_TSS_ENTRY;
  for (i = 1; i < NR_TASKS; i++)
    {
      task[i] = NULL;
      p->a = p->b = 0;
      p++;
      p->a = p->b = 0;
      p++;
    }
  /* Clear NT, so that we won\'t have troubles with that later on */
  /* 清除标志寄存器中的位NT，这样以后就不会有麻烦 */
  // NT 标志用于控制程序的递归调用(Nested Task)。当NT 置位时，那么当前中断任务执行
  // iret 指令时就会引起任务切换。NT 指出TSS 中的back_link 字段是否有效。
  __asm__ ("pushfl ; andl $0xffffbfff,(%esp) ; popfl");	// 复位NT 标志。
  ltr (0);			// 将任务0 的TSS 加载到任务寄存器tr。
  lldt (0);			// 将局部描述符表加载到局部描述符表寄存器。
  // 注意！！是将GDT 中相应LDT 描述符的选择符加载到ldtr。只明确加载这一次，以后新任务
  // LDT 的加载，是CPU 根据TSS 中的LDT 项自动加载。
  // 下面代码用于初始化8253 定时器。
  outb_p (0x36, 0x43);		/* binary, mode 3, LSB/MSB, ch 0 */
  outb_p (LATCH & 0xff, 0x40);	/* LSB */// 定时值低字节。
  outb (LATCH >> 8, 0x40);	/* MSB */// 定时值高字节。
  // 设置时钟中断处理程序句柄（设置时钟中断门）。
  set_intr_gate (0x20, &timer_interrupt);
  // 修改中断控制器屏蔽码，允许时钟中断。
  outb (inb_p (0x21) & ~0x01, 0x21);
  // 设置系统调用中断门。
  set_system_gate (0x80, &system_call);
}

首先初始化任务0的TTS，FIRST_TSS_ENTRY为4，表示在描述符表的索引是4。因为gdt是desc_struct类型为8个字节，刚好是一个描述符的长度，所以这里的gdt+4可以理解为gdt[4]。刚好对应的是TSS0。

描述符表的内容如下：

0-没有用nul，1-代码段cs，2-数据段ds，3-系统段syscall，4-任务状态段TSS0，5-局部表LTD0，6-任务状态段TSS1，等。

//// 在全局表中设置任务状态段/局部表描述符。
// 参数：n - 在全局表中描述符项n 所对应的地址；addr - 状态段/局部表所在内存的基地址。
// type - 描述符中的标志类型字节。
// %0 - eax(地址addr)；%1 - (描述符项n 的地址)；%2 - (描述符项n 的地址偏移2 处)；
// %3 - (描述符项n 的地址偏移4 处)；%4 - (描述符项n 的地址偏移5 处)；
// %5 - (描述符项n 的地址偏移6 处)；%6 - (描述符项n 的地址偏移7 处)；
#define _set_tssldt_desc(n,addr,type) \\
__asm__ ( "movw $104,%1\\n\\t" \\	// 将TSS 长度放入描述符长度域(第0-1 字节)。
"movw %%ax,%2\\n\\t" \\		// 将基地址的低字放入描述符第2-3 字节。
  "rorl $16,%%eax\\n\\t" \\	// 将基地址高字移入ax 中。
  "movb %%al,%3\\n\\t" \\		// 将基地址高字中低字节移入描述符第4 字节。
  "movb $" type ",%4\\n\\t" \\	// 将标志类型字节移入描述符的第5 字节。
  "movb $0x00,%5\\n\\t" \\		// 描述符的第6 字节置0。
  "movb %%ah,%6\\n\\t" \\		// 将基地址高字中高字节移入描述符第7 字节。
  "rorl $16,%%eax" \\		// eax 清零。
  ::"a" (addr), "m" (*(n)), "m" (*(n + 2)), "m" (*(n + 4)),
  "m" (*(n + 5)), "m" (*(n + 6)), "m" (*(n + 7)))
//// 在全局表中设置任务状态段描述符。
// n - 是该描述符的指针（向量）；addr - 是描述符中的基地址值。任务状态段描述符的类型是0x89。
#define set_tss_desc(n,addr) _set_tssldt_desc(((char *) (n)),addr, "0x89")
//// 在全局表中设置局部表描述符。
// n - 是该描述符的指针（向量）；addr - 是描述符中的基地址值。局部表描述符的类型是0x82。
#define set_ldt_desc(n,addr) _set_tssldt_desc(((char *) (n)),addr, "0x82")

因为TSS最小尺寸是104字节，所以第一句是把长度104赋值给TTS0描述符的第0-1字节，描述符的格式如 描述符格式 ；第二句是把ax也就是addr也就是任务联合的第一个任务的tss地址赋值给*(n+2)处，因为是movw字，所以也就是描述符的第2-3字节处。接下来填充第4字节，然后把类型type填充到第5字节，最后把剩余的字节填充。

初始化任务0的ldt的方法也是类似，好了，这里初始化完成任务0的TSS和LDT。

sched_init接下来是清空除了任务0的所有任务的数组和对应的描述符，这个好理解。

下面是加载任务0的TSS到任务寄存器tr，加载ldt到局部描述符表寄存器ldtr，sched.h：

/*
* 寻找第1 个TSS 在全局表中的入口。0-没有用nul，1-代码段cs，2-数据段ds，3-系统段syscall
* 4-任务状态段TSS0，5-局部表LTD0，6-任务状态段TSS1，等。见head.s
*/
// 全局表中第1 个任务状态段(TSS)描述符的选择符索引号。
#define FIRST_TSS_ENTRY 4
// 全局表中第1 个局部描述符表(LDT)描述符的选择符索引号。
#define FIRST_LDT_ENTRY (FIRST_TSS_ENTRY+1)
// 宏定义，计算在全局表中第n 个任务的TSS 描述符的索引号（选择符）。
#define _TSS(n) ((((unsigned long) n)<<4)+(FIRST_TSS_ENTRY<<3))
// 宏定义，计算在全局表中第n 个任务的LDT 描述符的索引号。
#define _LDT(n) ((((unsigned long) n)<<4)+(FIRST_LDT_ENTRY<<3))
// 宏定义，加载第n 个任务的任务寄存器tr。
#define ltr(n) __asm__( "ltr %%ax":: "a" (_TSS(n)))
// 宏定义，加载第n 个任务的局部描述符表寄存器ldtr。
#define lldt(n) __asm__( "lldt %%ax":: "a" (_LDT(n)))

LDTR局部描述符寄存器：16位，高13为存放LDT在GDT中的索引值。

所以FIRST_LDT_ENTRY要左移3位，(((unsigned long) n)<<4)不太好理解，因为先要去掉左移的3位，所以实际值是n<<1，也就是2n。最终的值相当于FIRST_LDT_ENTRY+2n。这样就好理解了，因为每个任务都有两个描述符项。

这里要注意：只明确加载这一次，以后新任务LDT 的加载，是CPU 根据TSS 中的LDT 项自动加载。

接下来是初始化定时器，没什么好说的。

接下来两句最关键了，进程调度的引发的诱因就是在下面初始化的：

  // 设置时钟中断处理程序句柄（设置时钟中断门）。
  set_intr_gate (0x20, &timer_interrupt);
  // 修改中断控制器屏蔽码，允许时钟中断。
  outb (inb_p (0x21) & ~0x01, 0x21);

第一句在系统调用机制分析中有讲到，是设置中断门的，所以这里就是把system_call.s中的函数timer_interrupt和中断号0x20关联起来，下面一句代码参考 时钟中断 开启了时钟中断也就是0x20号中断，也就是说时钟每滴答（10ms）一下就会调用timer_interrupt函数。

到这里，进程调度的初始化就结束了。