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[操作系统]Linux0.11内核


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。