操作系统-进程的初步实现

2024-02-23 17:53:04

操作系统-进程的初步实现上

1.进程=运行当中的程序，应用程序的目的就是解决问题，生成的可执行文件，执行会有一个进程，进程的目的就是完成任务。

思考-计算机只有一个处理器，那么如何同时执行多个任务?
远古时期的计算机系统

由上图可知，处理器一次只执行一次任务，所以当task1执行结束才会从任务等待队列中继续执行。远古时期存在的弊端-当正在执行的任务需要外部设备交互时，处理器几乎处于K线状态，其他任务无法执行，只能等待。

A.任务定义(进程定义)

在微观角度(操作系统)，一个任务包含上图所拥有的。对多任务的实现我们需要完成以下的执行情况
多任务的并行执行，在多数情况下，任务数量大于处理器数量，因此，无法做到真正意义上的任务并行执行，但是可以让处理器每个时间单位执行一个任务，最终，处理器在多个任务之间切换执行

B.如何在计算机内部表示一个任务？

C语言结构体-该处表示一个进程的表示(对应之前的任务定义)，rv表示寄存器的值(保存进程的状态)，stack表示栈，代码与数据(程序加载到内存中)以后在详解

任务的执行状态如下图所示-结构体的寄存器的值-保存在内存当中

TSS(保存特权级转换的栈信息，会有各个寄存器的值）-在从低特权级转入0特权级执行时，进行切换栈时需要用到TSS，该表对应着右边的结构体，下图右图结构体表示前四个字节表示前一个栈信息，后续表示的是各个特权级的栈信息，unused[22]，表示中间没有用到的寄存器

进程实现需要的原材料
1.LDT-x86系统中的任务使用私有的段描述符
2.TSS-特权级提升执行时需要-查看栈信息
3.RegValue-保存任务执行时的上下文信息
4.Stack-x86系统中的任务私有的栈
5.GDT-任务对应的LDT和TSS需要在GDT中注册

在这里出现的问题-如何动态在GDT中注册LDT和TSS？要设置GDT中的描述符就必须获得GDT的起始地址，这个地址如何获得?
解决方案如下(共享内存)-loader不同的地址写入交换内存,kernel可以通过在交换内存中拿到所需的地址

详细的代码放置以下链接：链接：https://pan.baidu.com/s/1LbsIhwyjzTY_4sBV96RuDw 提取码：y0zy
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运行结果如图所示

进程的初步实现下

问题-如何通过进行上下文恢复进程执行？如何使得进程运行于3特权级

1.恢复上下文数据-通过任务数据结构中的寄存器值恢复上下文，几种esp寄存器记忆pop指令恢复通用寄存器(通过汇编中的栈操作指令以及RegValue结构体变量，设置寄存器的值)，每次pop向高地址四个字节，需要注意的是启动一个新任务可以看作特殊的任务切换，切换的目标任务上下文信息中通过寄存器的值为0.

2.特权级转移(高-低)

在调用门中retf从高特权级返回低特权级，于此类似，iret指令也能从高特权级返回底特权级。在这里的操作是将esp指向目标内存位置(eip,cs,eflags,esp,ss)，借助iret指令降特权级执行
在中断于中断返回时可以知道，在中断发生时，可从底特权级转移到高特权级，中断返回时，从高特权级转移到低特权级