Linux任务切换代码(switch_to)详解(转)
2010-11-08 18:39
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以下代码来自Linux-1.0内核 include/linux/sched.h 文件。
(注意到Linux 0.11版的内核基本上也同样是这段代码,所以本文也同样适用于0.11内核)
01 #define switch_to(n) { \
02 struct (long a,b;} __tmp; \
03 __asm__("cmpl %%ecx,current \n\t" \
04 "je 1f\n\t" \
05 "xchgl %%ecx, current\n\t" \
06 "movw %%dx, %1\n\t" \
07 "ljmp *%0\n\t" \
08 "cmpl %%ecx, %2\n\t" \
09 "jne 1f\n\t" \
10 "clts\n" \
11 "1:" \
12 ::"m" (*&__tmp.a), "m" (*&__tmp.b), \
13 "m" (last_task_used_math),"d" _TSS(n), "c" ((long) task
)); \
14 }
注释:这是一个嵌入式汇编宏,作用是从当前任务切换到任务n,在进程调度程序中被调用。下面我来逐行注释它。
第2行定义了一个结构,包含2个long类型整数。
第3行将task
与current比较,其中task
是要切换到的任务,current是当前任务;
第4行说明,如果要切换到的任务是当前任务,则跳到标号1,即结束,什么也不做,否则继续执行下面的代码。
第5行交换两个操作数的值,相当于C代码的:current = task
,ecx = 被切换出去的任务(原任务);
第6行将新任务的TSS选择符赋值给 __tmp.b;
第7行是理解任务切换机制的关键。长跳转至 *&tmp,造成任务的切换。AT&T语法的ljmp相当于Intel语法的 jmp far SECTION : OFFSET,在这里就是将(IP)<-__tmp.a,(CS)<-__tmp.b,它的绝对地址之前加星号("*")。当段间指令jmp所含指针的选择符指示一个可用任务状态段的TSS描述符时,将造成任务切换。那么CPU怎么识别描述符是TSS描述符而不是其他描述符呢?这是因为所有描述符(一个描述符是64位)中都有4位用来指示该描述符的类型,如描述符类型值是9或11都表示该描述符是TSS描述符。好了,CPU得到TSS描述符后,就会将其加载到任务寄存器TR中,然后根据TSS描述符的信息(主要是基址)找到任务的tss内容(包括所有的寄存器信息,如eip),根据其内容就可以开始新任务的运行。我们暂且把这个恢复所有寄存器状态的过程称为恢复寄存器现场。
第8~10行是判断原任务上次是否使用过协处理器,若是,则清除寄存器CR0的TS标志。
第2个难点是:在第7行执行后,完成任务切换(即切换到新的任务里执行);当任务切换回来后才会继续执行第8行!下面详解其原因。
既然任务切换时CPU会恢复寄存器现场,那么它当然也会保存寄存器现场了。这些寄存器现场都会被写入原任务的tss结构里,值得注意的是,EIP会指向引起任务切换指令(第7行)的下一条指令(第8行),所以,很明显,当原任务有朝一日再次被调度运行时,它将从EIP所指的地方(第8行)开始运行。
以下代码来自Linux-1.0内核 include/linux/sched.h 文件。
(注意到Linux 0.11版的内核基本上也同样是这段代码,所以本文也同样适用于0.11内核)
01 #define switch_to(n) { \
02 struct (long a,b;} __tmp; \
03 __asm__("cmpl %%ecx,current \n\t" \
04 "je 1f\n\t" \
05 "xchgl %%ecx, current\n\t" \
06 "movw %%dx, %1\n\t" \
07 "ljmp *%0\n\t" \
08 "cmpl %%ecx, %2\n\t" \
09 "jne 1f\n\t" \
10 "clts\n" \
11 "1:" \
12 ::"m" (*&__tmp.a), "m" (*&__tmp.b), \
13 "m" (last_task_used_math),"d" _TSS(n), "c" ((long) task
)); \
14 }
注释:这是一个嵌入式汇编宏,作用是从当前任务切换到任务n,在进程调度程序中被调用。下面我来逐行注释它。
第2行定义了一个结构,包含2个long类型整数。
第3行将task
与current比较,其中task
是要切换到的任务,current是当前任务;
第4行说明,如果要切换到的任务是当前任务,则跳到标号1,即结束,什么也不做,否则继续执行下面的代码。
第5行交换两个操作数的值,相当于C代码的:current = task
,ecx = 被切换出去的任务(原任务);
第6行将新任务的TSS选择符赋值给 __tmp.b;
第7行是理解任务切换机制的关键。长跳转至 *&tmp,造成任务的切换。AT&T语法的ljmp相当于Intel语法的 jmp far SECTION : OFFSET,在这里就是将(IP)<-__tmp.a,(CS)<-__tmp.b,它的绝对地址之前加星号("*")。当段间指令jmp所含指针的选择符指示一个可用任务状态段的TSS描述符时,将造成任务切换。那么CPU怎么识别描述符是TSS描述符而不是其他描述符呢?这是因为所有描述符(一个描述符是64位)中都有4位用来指示该描述符的类型,如描述符类型值是9或11都表示该描述符是TSS描述符。好了,CPU得到TSS描述符后,就会将其加载到任务寄存器TR中,然后根据TSS描述符的信息(主要是基址)找到任务的tss内容(包括所有的寄存器信息,如eip),根据其内容就可以开始新任务的运行。我们暂且把这个恢复所有寄存器状态的过程称为恢复寄存器现场。
第8~10行是判断原任务上次是否使用过协处理器,若是,则清除寄存器CR0的TS标志。
第2个难点是:在第7行执行后,完成任务切换(即切换到新的任务里执行);当任务切换回来后才会继续执行第8行!下面详解其原因。
既然任务切换时CPU会恢复寄存器现场,那么它当然也会保存寄存器现场了。这些寄存器现场都会被写入原任务的tss结构里,值得注意的是,EIP会指向引起任务切换指令(第7行)的下一条指令(第8行),所以,很明显,当原任务有朝一日再次被调度运行时,它将从EIP所指的地方(第8行)开始运行。
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