AtkOS(四)进程管理

可以简单的将进程管理理解为计算机多个执行流逻辑之间切换，具体实现原理利用了堆栈的自平衡去跳转逻辑执行流，在定时器的中断服务函数中进行进程调度，调度策略采用的是简单的"轮转"，都是属于链表的简单操作。

内核雏形

在添加完进程管理之后我们的玩具内核已经初具规模，至此已经实现了一个简单的可以运转的内核模型：
1.中断管理:完成了中断描述符的初始化，注册中断服务函数
2.内存管理:物理内存，虚拟内存的映射以及堆内存的动态分配
3.进程管理:简单的任务调度
4.设备管理:vga字符模式下的显卡驱动

关于堆栈的说明

堆和栈在使用时相向生长，栈向上生长，即向小地址生长，而堆向下生长，即向大地址方向，其间剩余部分是自由空间
栈帧一般包含如下几个方面的信息：
1、函数的返回地址和参数
2、临时变量

比如说，如果调用SubRouting(var1,var2,var3)，编译之后的最终代码可能是
push var3
push var2
push var1
call SubRouting ;call指令把返回地址压入堆栈 4byte
add esp,12 ;修正堆栈

esp是堆栈指针，无法暂借使用，所以一般用ebp存取堆栈

下面是个汇编求值的小例子：
完成第一个参数减去第二个参数的子程序，它的定义是
MyProc proto Var1,Var2 ;有两个参数
local lVar1,lVar2 ;有两个局部变量

MyProc proc
push ebp
mov ebp,esp
sub esp,8
mov eax,dword ptr[ebp+8]
sub eax,dword ptr[ebp+0xc]
add esp,8
pop ebp
ret 8

ret 8 <==> ret / add esp,8

代码分析

创建进程

将进程控制块信息pcb放置在进程栈的最低端

//进程标识符
pid_t glb_pid = 0;

//创建内核线程
int create_thread(thread_handler handler,void *args)
{
    //线程栈
    pcb_t *thread_new = (pcb_t *)mallock(STACK_SIZE);   

    thread_new->pid = glb_pid++;
    thread_new->state = ready;
    thread_new->stack = thread_new;
    thread_new->mm = NULL;              //使用内核页表

    uint32_t *stack_top = (uint32_t *)((uint32_t)thread_new + STACK_SIZE);

    *(--stack_top) = (uint32_t)args;
    *(--stack_top) = (uint32_t)handler;

    thread_new->context.esp = (uint32_t)thread_new + STACK_SIZE - sizeof(uint32_t) * 2;
    thread_new->context.ebp = (uint32_t)thread_new;

    // 设置新任务的标志寄存器未屏蔽中断，很重要
    thread_new->context.eflags = 0x200;

    //循环链表
    thread_new->next = running_list;

    pcb_t *tail = running_list;
    if (tail == 0)
    {
        return -1;
    }
    while(tail->next != running_list)
    {
        tail = tail->next;
    }
    tail->next = thread_new;

    return thread_new->pid;
}

初始化调度器

主要就是初始化三个进程队列以及保存内核的当前执行流，将进程控制块放在内核的栈底

//循环链表
pcb_t *ready_list;          //就绪队列
pcb_t *blocked_list;        //阻塞队列
pcb_t *running_list;        //运行队列
//初始化线程调度器
void init_sched()
{
    //为当前执行流创建进程控制块，放在内核的栈底
    ready_list = (pcb_t *)(kern_stack);

    ready_list->pid = glb_pid++;
    ready_list->state = ready;
    ready_list->stack = kern_stack;
    ready_list->mm = NULL;              //使用内核页表

    //循环链表
    ready_list->next = ready_list;

    running_list = ready_list;
}

进程调度

对运行队列进行"轮转"调度

//线程调度函数
void schedule()
{
    pcb_t *switch_thread,*switch_prev;
    //调度策略
    if (running_list)
    {
        switch_prev = running_list;
        switch_thread = running_list->next;
    }

    if (switch_thread != running_list)
    {
        running_list = switch_thread;
        switch_to(&(switch_prev->context),&(switch_thread->context));
    }
}

进程切换

保存当前进程的上下文contex，进程切换的汇编实现，这里的进程之间切换比较隐秘，是通过切换进程之间的进程栈，然后利用ret指令将要切换进程的下一条指令的地址利用堆栈平衡弹出到eip中执行

[global switch_to]

; 具体的线程切换操作，重点在于寄存器的保存与恢复
switch_to:
        mov eax, [esp+4]

        mov [eax+0],  esp
        mov [eax+4],  ebp
        mov [eax+8],  ebx
        mov [eax+12], esi
        mov [eax+16], edi
        pushf
        pop ecx
        mov [eax+20], ecx

        mov eax, [esp+8]

        mov esp, [eax+0]
        mov ebp, [eax+4]
        mov ebx, [eax+8]
        mov esi, [eax+12]
        mov edi, [eax+16]
        mov eax, [eax+20]
        push eax
        popf

        ret

一些建议

1.项目编译问题
修改完文件重新编译的时候如果你确信程序没有问题一定要先进行make clean，clean，clean，重要的事情说三遍，要不然怎么死的都不知道，尤其是修改的头文件
2.关于调试
遇到问题多画一画，写一写，想一想，看代码，不需要gdb去调试debug，尽早实现printk一切都解决了
3.本地使用的数据，函数尽量都用static修饰起来，防止外界调用

一些忠告

1.颜色属性的attribute一定要定义成16位的，要不然左移8位之后就全变为0了，然后得到的颜色值就是黑色，和背景色颜色相同，根本看不到字符输出。
2.记住console_clear()之后cursor_y和cursor_x都已经复位为0，如果紧挨着执行console_putc(c)的话是直接输出在屏幕的第一个字符。
3.static声明函数的时候一定不要将函数的声明放在头文件里，想一下static的作用就好了，static本来就是将函数限制在本地文件，防止其他文件之间的调用，所以肯定不能将声明放在对应的头文件里。
如static void move_cursor();声明与函数实现static void move_cursor(){...}肯定是放在同一个文件下的。切记！！！
4.c 语言float精度问题
1.059实际存储为1.058000 32615661621093750

5.console_write_dec
这里一定要判断精度是否为0，而不是判断除10取余是否为0，要不然遇到100这个函数就完了！！
6.cli对int软中断没有影响
7.asm和c的文件放在一个文件夹下不要同名，如果输出文件名一样的话就只会有一个输出文件！！
8.计时器中断，在没有配置8254的情况下打开irq_enable()不停的32号中断，因为定时器还在计数，只不过频率和溢出率不知道，不是你所期望的，可以禁用那个中断
9.一定要注意定时器的分频系数不能超过16位所表示的大小
10.在初始化内核函数栈之前一定不要有函数调用，这时内核栈还没有创建，函数调用一定会用到栈帧，会发生意想不到的后果！！
11.Makefile一定要正确，修改.h文件后要先make clean
12.段描述符表和中断描述符表为空或者没有初始化正确内核老是重启，因为里面数据是0
13.console_write_dec(025)与console_write_hex(025)输出的数据都等于21，这里不是程序错误，是因为025会当成八进制数据这里就是21
14.页目录、页表里面存储的是物理地址！！！而不是内核代码所在的虚拟地址