【linux0.12】实验楼操作系统原理与实践之实验五：基于内核栈切换的进程切换

最新推荐文章于 2024-10-17 21:54:13 发布

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#操作系统 #内核

本文深入探讨了早期基于TSS切换机制的不足，以及如何转向基于内核栈切换的优化方案，详细解析了堆栈切换的过程，包括SS、ESP、EBP寄存器的作用，以及在时钟中断和fork系统调用中的具体实现。

简介

早期内核使用intel提供的基于tss切换的机制，这种机制操作十分简单，但是执行速度特别慢，无法充分利用现代cpu的一些指令流水来优化速度。关于tss切换的方式详细可以看实验楼中的描述，和完全剖析这本书。根据老师的实验，要把这种基于tss切换的方式换成现代的基于内核栈切换的方式。
基于堆栈的切换，核心就是要先在切换前保存进程的栈，然后切换到另一个进程的栈，但因为在内核中，又有了其他的工作要做。

前提知识

      因为要在内核中切换栈，所以要对ss esp ebp寄存器的作用很熟悉。ss用来寻找内核栈段，esp就是栈顶，而ebp寄存器则用来设置c函数中栈帧的位置。关于这点，可以看我的这篇文章，简单介绍了下其中esp ebp的作用。更详细可以看linux内核完全剖析这本书中关于c语言和汇编的互相调用，图文并茂，十分详细与精彩。
      还有关于pcb(process control block)的知识也要了解一些，pcb是内核中描述进程的数据结构，里面就是进程的各种资源的记录，在这里即是task_struct数据结构。
      还有最重要的一点是，当通过中断，完成从用户态到内核态的切换时，中断指令会自动把用户态的一些状态(ss esp eflags cs eip)压到内核栈，方便以后恢复到用户态。也就是在这里，将内核栈和用户栈关联了起来，完成了一套栈的设置，也就完成了基于内核栈进程切换的基础。