编写实模式多任务操作系统模型之二.docx

1、编写实模式多任务操作系统模型之二在前面，我们了解了X86模式的功能特点，运行机制并对程序模块进行了分析。下面将继续分析程序模块的进程调度子程序和其他辅助程序，并完成这个程序的编译及安装运行。 进程调度子程序scheduler scheduler是系统的进程调度程序，是实现多任务关键的部分。它实质上是嵌入到系统时钟中断内来完成进程调度功能的。由于系统时钟以18.2次/秒的频率发生中断，这样每当时钟中断一发生，便可带动进程调度程序执行，所以这个OS模型是以时钟中断来驱动的。为了不影响原来时钟中断程序的例行工作，它开始运行时首先要调用位于ROMBIOS中的 0xF000:0xFEA5 处的时钟中断服

2、务程序。返回后，它从current_task单元中找到当前被中断进程的进程号，根据该进程号在SPtable中找到其进程栈指针的存放地址，将其栈指针存入到该地址中，为下一次运行做好准备。而后将 current_task 加1，得到下一个将被调度运行的进程号。由该进程号在 SPtable 中找到上一次该进程被中断时的进程栈指针，将CPU的SP寄存器设为该值，这样堆栈指针便指向进程栈的栈顶。由于每次进程被中断运行时在进程栈顶都保存有断点处的CPU内部通用寄存器及ES和DS的值，此时将这些值恢复到相应的寄存器中，最后通过一条IRET指令便可将CPU的控制权转移到这一进程上，这个进程便重新从断点处重新运

3、行。整个系统便在调度程序的控制下循环往复地运行，依次将CPU分时地切换到各个进程上。由于切换的速度较快，所以宏观上我们便看到几个进程在同时向前并行推进，互不影响。在微观上，几个进程轮流占用CPU，分时运行。 Scheduler初次被激活是Kernel全部初始化工作完成后。Kernel初始化工作完成后，各个进程堆栈空间布局均如图7所示的形式，其中“Task1偏移地址”单元中为相应进程入口地址的偏移地址。在Kernel程序中: jmp $ ; kernel在此等待时钟中断的到来该指令相当一条无穷循环指令 while(1);，当时钟中断到来时，它将从无穷循环中转到scheduler去执行，而后每一次

4、时钟中断都引起scheduler的运行，这时的各个进程堆栈空间布局仍有如图7所示的形式，只不过此时堆栈的底端由于进程的运行已经有进程所压入的数据，留下了进程运行过的痕迹，如图8所示。调度程序运行流程如图9所示。 具体工作步骤如下(假设调度程序运行前，CPU正处于task1的进程空间，SP指向task1的进程堆栈的栈顶，此时发生时钟中断，scheduler投入运行)： 1.调度程序将task1进程断点处的CPU内部通用寄存器及ES和DS的值压入到task1进程堆栈中，代码如下： pusha push es push ds2.向中断控制器8259发送EOI中断结束指令： mov al, 0x20o

5、ut 0x20, al3.将标志寄存器Flag压入堆栈，调用位于ROMBIOS中的 0xF000:0xFEA5 处的原时钟中断服务程序，使原时钟中断服务程序完成其原有的工作，代码如下： pushfcall 0xF000:0xFEA5由于原时钟中断为硬件中断，所以中断服务程序返回指令为iret。iret指令依次将栈顶字单元的内容弹出到IP、CS及Flag中，这样为了保证上述call指令的正确返回及堆栈不被破坏，所以要在call指令的前面加入pushf指令，以和iret的动作相配合。 4.保存将被剥夺执行权的task1进程堆栈指针。由于进程堆栈中保存有进程被中断时的断点信息，而其它进程运行时也要使

6、用CPU内部的SP寄存器，所以在进行任务切换前要做进程的堆栈指针的保存工作。如下指令所示： mov ax, current_taskmov bx, axshl bx, 1 lea si, SPtablemov ds:si + bx, SP在current_task内存中存放当前运行进程的进程号，以为索引可以在 SPTABLE 数组中找到该进程堆栈指针的存放地址，即进程堆栈指针的存放地址=SPtable+2*进程号，找到该地址将进程断点处的SP存入其中。5切换到下一将被调度运行task2的进程堆栈空间。由于在进程堆栈保存有进程的断点信息，所以找到进程堆栈的顶位置便可转入到该进程运行。schedu

7、ler对于各进程的调度采用轮转式的方式，即按照task1 - task2 - task3的顺序，而后再从task1 开始依次循环，使各个进程得以运行。所以将current_task的值增1，再判断current_task是否超过最大进程数MAXTASKS，若超过，则使其复位，从0开始重新计数即可。取得合适的current_task值后，按上面步骤的公式便可找到将被调度进程的堆栈指针的存放地址，从中取出值送到SP寄存器即可。如下段程序代码所示： inc ax ; 取得下一将被调度进行的进程号 cmp ax, MAXTASKS ; 该进程号是否超过最大进程数 jb move_on ; 若没超过,跳

8、到 move_on 继续 xor ax, ax ; 超过最大进程数,清0,从第一个进程开始调度move_on:mov current_task, ax ;将更改后进程号送入current_task单元保存，按公式进程堆栈指针的存放地址=SPtable+2*进程号 取得进程堆栈指针 mov bx, ax shl bx, 1 lea si, SPtable mov SP, ds:si + bx ; 将进程堆栈指针送到SP,切换到进程堆栈空间6 恢复断点信息，使下一被调度进程从断点处运行。 pop ds pop es popa ;恢复所有被保存的CPU内寄存器值iret ;激活被调度进程其它辅助程序

9、 系统中存在3个被调度的程序，分别为task1、task2、task3。由于这是一个实验程序，所以它们的功能较为单一，主要是将自身的一个16位计数器进行循环计数，而后通过直接写屏方式在显示器上显示出来。由于现行机器的运行速度较快，为使用户能看清计数器的变化过程，在各个进程的执行过程中加入了人为的延时控制。每一个进程都是一个无限的循环过程，只要调度程序在运行，各个进程就会无限运行。 此外系统中还有几个辅助程序： 16进制数显示子程序printhex 这个子程序主要是为系统内的3个演示进程服务，它可以将从堆栈传递过来的一个16位的数以16进制形式显示到屏幕的指定位置，通过直接写屏方式在显示器上显示

10、出来。在VGA的 80X25 彩色文本显示模式下，一个字符在显示缓冲区上占2个字节的空间，其中所显示字符的ASC码存于低地址单元中，字符的显示属性（前景、背景、高亮和闪烁等）存于高地址单元中，如果将字符及其显示属性存储位置弄错，将会产生花屏的现象。Printhex根据显示位置参数计算出所需显示的准确位置，避免产生花屏的现象。调用者只需提供合法的显示位置即可，行号应在125之间，列号在180之间。 键盘中断子程序keybd 它是一个基本的内核级键盘中断处理程序，显示键盘的ASC码到屏幕上。它不受调度进程的控制，只要有键盘中断发生，该中断服务程序就会运行。在该程序被触发运行时，从60H端口读入键盘

11、的扫描码。扫描码最高位的状态标志着其是键入码还是释放码，如为释放码则不进行处理，直接返回；若为按键的压入码，则以键入码作为索引在键盘扫描码/ASC码对照表查得对应的ASC码，通过int 10h功能调用将其输出到显示器上。在键盘中断返回前，要向键盘内的单片机发复位信号, 先将61h端口的最高位置1，而后再置0，这样键盘才不会死锁。 kernel.asm完整代码及注释如下： ; 内核程序kernel.asm; 在系统时钟中断的驱动下,依次使系统内的3个进程轮流占用CPU完成各; 自的工作:在屏幕上指定位置循环显示自己的计数器。具有内核级键盘中; 断,显示出键盘ASCII码;BITS 16ORG 0

12、x00 STACKSIZE equ 0x400 ; 各进程的堆栈空间大小为1k个字节MAXTASKS equ 3 ; 最大进程数 VIDEORAM equ 0xb800 ; 显示缓存段地址 KERNELSEG equ 0x8000 ; kernel 程序段地址 ;-start: mov ax,KERNELSEG mov ds, ax ; 数据段,堆栈段寄存器的 mov ss, ax ; 值均设为 KERNELSEG mov sp, 0xFFFF ; kernel 堆栈指针=0xFFFF mov dx,0x3f2 mov al,0x0c out dx,al ;关闭软驱马达 mov ax, 0x0

13、003 int 0x10 ; 清屏 mov dx, 0x0600 ; 进程的堆栈基地址 add dx, STACKSIZE ; 进程1的堆栈指针= 0xA00 mov ax, task1 ; 进程1入口地址 call taskinit ; 初始化进程1 add dx, STACKSIZE ; 进程2的堆栈指针= 0xD00 mov ax, task2 ; 进程2入口地址 call taskinit ; 初始化进程2 add dx, STACKSIZE ; 进程3的堆栈指针= 0x1000 mov ax, task3 ; 进程3入口地址 call taskinit ; 初始化进程3 ; 重新设置

14、系统定时器的中断向量 cli ;关中断,以免在设置中断向量发生意外 mov ax, KERNELSEG push ds ;保存ds值 mov bx,0 mov ds,bx ;ds=0 mov word ds:0x08*4, scheduler ; 定时器中断向量偏移送到0:200:21 mov word ds:0x08*4+2, ax ; 定时器中断向量段地址送到0:220:23 ; 重新设置键盘的中断向量 mov word ds:0x09*4, keybd ; 键盘的中断向量偏移送到0:240:25 mov word ds:0x09*4+2, ax ; 键盘的中断向量段地址 0:260:27 pop ds ; 恢复ds值 sti ; 开中断,允许中断进入 jmp $ ; kernel在此等待时钟中断的到来 ; 被调度进程task1 ; 功能：对于自身的计数器进行计数,而后在屏幕的3行1显示输出;task1:.l1 dec word task1ctra ; 产生短时间延迟,以免计数显示过快