嵌入式操作系统内核原理和开发（任务创建和堆栈溢出检查）

    虽然写操作系统的博客要比写普通的技术点要麻烦一些，但是心中还是挺开心的。一方面，通过几行代码就可以说明一些问题，把理论实践化，这本身就很具有挑战性；另外一方面还锻炼自己的沟通能力，让更多的人明白你的想法，认可你的想法。

    其实，通过上面一篇博客，我们就已经清楚任务的创建是怎么一回事，但是我们还是愿意就这个问题讲得更细一点，说得更多一点。系统本身是多线程的，那说明所有线程的地址空间都是共享的。由于资源都是操作系统本身提供的，所以线程本身的要求就很低，函数名、堆栈、入口点、堆栈大小、优先级，大体上也就是这么多。至于这个堆栈是哪里的内存，其实已经不太重要了。为了简单起见，我们对原来的初始化函数 稍微修改了一下，

void task_init()
{
  UINT32 unit = STACK_LENGTH;

  memset((void*)data, 0, STACK_LENGTH * sizeof(UINT32));
  data[unit -1] = (UINT32) hello;
  data[unit -2] = 0;
  data[unit -3] = 0;
  data[unit -4] = 0;
  data[unit -5] = 0;
  data[unit -6] = 0;
  data[unit -7] = 0;
  data[unit -8] = 0;
  data[unit -9] = 0;
  data[unit -10] = (UINT32) &data[unit - 9];
  new = (UINT32) &data[unit -10];
}

    上面的操作比较简陋，只是对堆栈进行了设置。这是线程初始化的时候必须要做的一步。当然，这里的hello就是我们的函数入口点。因为这里用SIGALRM代替的时钟中断是没有办法做到抢占的，所以我们可以人为多设置一些调度点，比如象这样，

void hello()
{
  printf("count = %d in sub!\n", count ++);
  swap(&new, &old);
  printf("count = %d in sub!\n", count ++);
  swap(&new, &old);
  printf("count = %d in sub!\n", count ++);
  swap(&new, &old);
  printf("count = %d in sub!\n", count ++);
  swap(&new, &old);
  printf("count = %d in sub!\n", count ++);
  quit = 1;
  swap(&new, &old);
}

    在编写程序的时候，最恐怖的事情就是堆栈溢出了。但是在操作系统中，我们完全可以自己判断当前的堆栈是否已经溢出。因为我们知道，在线程调度的时候，保存的堆栈esp永远指向最低的那个地址。

int check_stack_overflow(unsigned int base, unsigned int current)
{
    assert(0 != base && 0 != current);

    return (current < base) ? 1 :0;
}

    当然，这些说的都是线程调度的事，你也可以编写输入输出命令，实现对嵌入式操作系统的某种控制。要打印什么，设置什么，保存什么，都可以通过你的输入命令来解析执行，这些都是和signal处理是分开来的。后面这部分还要详细讨论，这里可以稍微添加一下，

int main()
{
  char val;

  task_init();
  set_timer();
  signal(SIGALRM, signal_handler);

  while(1)
  {
      scanf("%c", &val);
  }

  exit(0);
  return 1;
}

    最后，还是老规矩，附上详细的代码。虽然这一过程有点繁琐和冗余，但是至少看上去更完整一些。

#include <stdio.h>
#include <time.h>
#include <stdlib.h>
#include <signal.h>
#include <assert.h>
#include <sys/time.h>

#define UINT32 unsigned int
#define STACK_LENGTH  512

static struct itimerval oldtv;
UINT32 old = 0;
UINT32 new = 0;
UINT32 count = 0;
UINT32 data[STACK_LENGTH] = {0};
UINT32 quit = 0;

void set_timer()
{
    struct itimerval itv;
    itv.it_interval.tv_sec = 1;
    itv.it_interval.tv_usec = 0;
    itv.it_value.tv_sec = 1;
    itv.it_value.tv_usec = 0;
    setitimer(ITIMER_REAL, &itv, &oldtv);
}

void swap(UINT32* prev, UINT32* next)
{
    __asm("push %%eax\n\t"
          "push %%ebx\n\t"
          "push %%ecx\n\t"
          "push %%edx\n\t"
          "push %%esi\n\t"
          "push %%edi\n\t"
          "push %%ebp\n\t"
          "push %%esp\n\t"
          "lea 0x8(%%ebp), %%eax\n\t"
          "mov (%%eax), %%eax\n\t"
          "mov %%esp, (%%eax)\n\t"

          "lea 0xc(%%ebp), %%eax\n\t"
          "mov (%%eax), %%eax\n\t"
          "mov (%%eax), %%esp\n\t"
          "pop %%esp\n\t"
          "pop %%ebp\n\t"
          "pop %%edi\n\t"
          "pop %%esi\n\t"
          "pop %%edx\n\t"
          "pop %%ecx\n\t"
          "pop %%ebx\n\t"
          "pop %%eax\n\t"
          ::);
}

void hello()
{
    printf("count = %d in sub!\n", count ++);
    swap(&new, &old);
    printf("count = %d in sub!\n", count ++);
    swap(&new, &old);
    printf("count = %d in sub!\n", count ++);
    swap(&new, &old);
    printf("count = %d in sub!\n", count ++);
    swap(&new, &old);
    printf("count = %d in sub!\n", count ++);
    quit = 1;
    swap(&new, &old);
}

void task_init()
{
    UINT32 unit = STACK_LENGTH;

    memset((void*)data, 0, STACK_LENGTH * sizeof(UINT32));
    data[unit -1] = (UINT32) hello;
    data[unit -2] = 0;
    data[unit -3] = 0;
    data[unit -4] = 0;
    data[unit -5] = 0;
    data[unit -6] = 0;
    data[unit -7] = 0;
    data[unit -8] = 0;
    data[unit -9] = 0;
    data[unit -10] = (UINT32) &data[unit - 9];
    new = (UINT32) &data[unit -10];
}

int check_stack_overflow(unsigned int base, unsigned int current)
{
    assert(0 != base && 0 != current);

    return (current < base) ? 1 :0;
}

void signal_handler(int m)
{
    if(0 == quit)   
    {
        swap(&old, &new);
        assert(0 == check_stack_overflow(data,new));
        return;
    }

    printf("count = %d in main!\n", count ++);
}

int main()
{
    char val;

    task_init();
    set_timer();
    signal(SIGALRM, signal_handler);

    while(1)
    {
        scanf("%c", &val);
    }

    exit(0);
    return 1;
}