2. 简单分析操作系统的中断机制与进程上下文切换

最新推荐文章于 2025-06-15 20:42:17 发布

原创

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#x86 #汇编 #操作系统

本文简要分析了操作系统的中断机制和进程上下文切换。通过C语言中的内嵌汇编，了解中断时CPU如何保存和恢复现场，以及通过实验楼环境模拟时钟中断。同时，通过一个简单的内核实验，展示了进程上下文切换的过程，强调了调度和时间片在多任务并行执行中的作用。

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作者：张卓
原创作品转载请注明出处：《Linux操作系统分析》MOOC课程 http://www.xuetangx.com/courses/course-v1:ustcX+USTC001+_/about
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1. 前言
上一篇我们详细地分析一段x86汇编程序的执行过程，知道了计算机是如何工作的，总结来说就是三个关键点：存储程序计算机、函数调用堆栈、和中断机制。
现在我们要简单分析一下操作系统是如何工作的，这里我将重点分析中断机制和进程上下文切换。
2. C代码中嵌入汇编代码
在分析操作系统中断机制和进程上下文之前，我们先了解一下C内嵌汇编，因为在操作系统进行进程上下文切换的时候，就是用内嵌汇编代码实现的。了解它，有助于我们深入理解代码执行流程。
2.1 内嵌汇编语法
__asm__(
    汇编语句模块：
    输出部分：
    输入部分：
    破坏描述部分);
    即格式为asm("statements": output_regs: input_regs: clobbered_regs)
同时 “asm” 也可以由 “__asm__” 来代替，“asm” 是 “__asm__” 的别名。在 “asm” 后面有时也会加上 “__volatile__” 表示编译器不要优化代码，后面的指令保留原样，“volatile” 是它的别名，在这里值得注意的是无论 “__asm__” 还是 “__volatile__” 中的每个下划线都不是一个单独的下划线，而是两个短的下划线拼成的。在后面括号里面的便是汇编指令。
2.2 C中内嵌汇编代码示例

#include<stdio.h>
int main()
{
	/* val1+val2=val3 */
	unsigned int val1 = 1;
	unsigned int val2 = 2;
	unsigned int val3 = 0;
	printf("val1:%d,val2:%d,val3:%d\n",val1,val2,val3);
	asm volatile(
	"movl $0, %%eax\n\t"  /* clear %eax to 0 */
	"addl %1,%%eax\n\t"   /* %eax += val1 */
	"addl %2 %%eax\n\t"   /* %eax += val2 */
	"movl %%eax,%0\n\t"   /* val2 =%eax*/
	:"=m"(val3)           /* output=m mean only write output memory variable*/
	:"c"(val1),"d"(val2)  /* input c