30天自制操作系统（15）
DAY15_多任务（1）
1.挑战任务切换
- 多任务：多个应用程序同时运行的状态（也就是同时打开好几个窗口的状态）。
- 实际上这些程序==并没有在同时运行==，只是看上去好像是在同时运行一样。
- 在一般的操作系统中，这个切换的动作每0.01～0.03秒就会进行一次。当然，切换的速度越快，让人觉得程序是在同时运行的效果也就越好。不过，CPU进行程序切换（我们称为“任务切换”）这个动作本身就需要消耗一定的时间，这个时间大约为0.0001秒左右，不同的CPU及操作系统所需的时间也有所不同。
- CPU处理方式：当你向CPU发出任务切换的指令时，CPU会先把寄存器中的值全部写入内存中，这样做是为了当以后切换回这个程序的时候，可以从中断的地方继续运行。接下来，为了运行下一个程序，CPU会把所有寄存器中的值从内存中读取出来（当然，这个读取的地址和刚刚写入的地址一定是不同的，不然就相当于什么都没变嘛），这样就完成了一次切换。我们前面所说的任务切换所需要的时间，正是对内存进行写入和读取操作所消耗的时间。
- TSS 任务状态段 task status segment
- EIP 扩展指令指针寄存器 extended instruction pointer：CPU用来记录下一条需要执行的指令位于内存中哪个地址的寄存器，因此它才被称为“指令指针”。如果没有这个寄存器，记性不好的CPU就会忘记自己正在运行哪里的程序，于是程序就没办法正常运行了。每执行一条指令，EIP寄存器中的值就会自动累加，从而保证一直指向下一条指令所在的内存地址。
实际任务切换
- 创建两个TSS
struct TSS32 tss_a, tss_b;
- 向它们的Idtr和iomap分别存入合适的值
tss_a.ldtr = 0;
tss_a.iomap = 0x40000000;
tss_b.ldtr = 0;
tss_b.iomap = 0x40000000; 将它们两个在GDT中进行定义
struct SEGMENT_DESCRIPTOR *gdt = (struct SEGMENT_DESCRIPTOR *) ADR_GDT;
set_segmdesc(gdt + 3, 103, (int) &tss_a, AR_TSS32);
set_segmdesc(gdt + 4, 103, (int) &tss_b, AR_TSS32);我们向TR寄存器存入3 * 8这个值，这是因为我们刚才把当前运行的任务定义为GDT的3号。
- 要进行任务切换，我们必须执行far模式的跳转指令
- 在eip中，我们需要定义在切换到这个任务的时候，要从哪里开始运行。
2.任务切换进阶
- 目标：从任务A切换到任务B，再切换回任务A
3.做个简单的多任务（1）
- 目标：实现更快速的，来回交替的任务切换。这样我们就可以告别光标停住、鼠标卡死、键盘打不了字的情况，让两个任务看上去好像在同时运行一样。
- 把taskswitch写成一个函数
_farjmp: ; void farjmp(int eip, int cs);
JMP FAR [ESP+4] ; eip, cs
RET
4.做个简单的多任务（2）
5.提高运行速度
- 因为我们的程序每计1个数就在画面上显示一次，但1秒钟之内刷新100次以上的话，人眼根本就分辨不出来，所以我们不需要计1个数就刷新一次，只要每隔0.01秒刷新一次就足够了。
6.测试运行速度
向task_b_main添加代码测试运行速度void task_b_main(struct SHEET *sht_back)
{
struct FIFO32 fifo;
struct TIMER *timer_ts, *timer_put, *timer_1s;
int i, fifobuf[128], count = 0, count0 = 0;
char s[12];
（中略）
timer_1s = timer_alloc();
timer_init(timer_1s, &fifo, 100);
timer_settime(timer_1s, 100);
for (;;) {
count++;
io_cli();
if (fifo32_status(&fifo) == 0) {
io_sti();
} else {
i = fifo32_get(&fifo);
io_sti();
if (i == 1) {
（中略）
} else if (i == 2) {
（中略）
} else if (i == 100) {
sprintf(s, "%11d", count - count0);
putfonts8_asc_sht(sht_back, 0, 128, COL8_FFFFFF, COL8_008484, s, 11);
count0 = count;
timer_settime(timer_1s, 100);
}
}
}
}
7.多任务进阶
- 真正的多任务，是要做到在程序本身不知道的情况下进行任务切换。
- 果使用这样的设计，即便在程序中不进行任务切换的处理（比如忘记写了，或者因为bug没能正常切换之类的），也一定会正常完成切换。之前那种多任务的话，如果任务B因为发生bug而无法进行切换，那么当切换到任务B以后，其他的任务就再也无法运行了，这样会造成无论是按键盘还是动鼠标都毫无反应的悲剧。