pa4学习笔记

目录

• 多道程序（多任务处理）
• 上下文切换流程（yield-os为例）
• RT-Thread
• • 两个抽象层（这一思想和AM非常类似）
  • 需要实现的函数
• 思考题

多道程序（多任务处理）

• 含义：
  • cpu一次载入多个程序
  • 先运行第一个程序
  • 当第一个程序在等待io操作时
  • 运行第二个程序
  • 以此类推…

上下文切换流程（yield-os为例）

1. 操作系统-main函数
   1. 初始化，注册回调函数 schedule
   2. kontext 为两个进程分别创建上下文

      1. 进程的上下文以及指向它的指针cp的位置

      2. 创建一个cp指向context

      3. 让context中的mecp为entry

      4. 让context中的gpr[10] (a0）为arg

      5. 返回值为cp

   3. 调用yield，调用ecall
2. 硬件-nemu指令-ecall
   1. 存入当前上下文信息，跳转到mtvec（异常入口）am_asm_trap
   2. 将上下文信息存入当前进程的栈==（还没将地址存给cp）
   3. 将sp（栈指针）存入a0
   4. 调用__am_irq_handle，参数为a0
      1. 判断事件
      2. 将mepc+4 ==（下次回到这个进程就执行下一条指令）
   5. 调用回调函数 schedule
3. 操作系统-schedule函数
   1. （current是栈顶指针，指向某个栈的顶部，用途是在多个进程的栈顶中切换，指示当前运行的进程）
   2. 存储当前进程的上下文地址到自己的栈中的cp中
   3. 将current指向新的栈顶
   4. 将新栈顶的上下文地址cp返回
4. 硬件-nemu trap.s
   1. 从__am_irq_handle返回 ，返回值为a0
   2. 将sp更新为a0（指向其他进程的栈的指针）
   3. （此时的上下文地址已经变成另外一个进程的上下文地址，所读取的上下文信息变成了另外一个进程的上下文信息）
   4. 恢复 mstatus 和 mepc 寄存器、通用寄存器（包括在kcontext中存的a0）（完成进程的切换）
   5. mret跳转到==（新进程的）mepc（entry）==继续执行 - f函数
5. 操作系统-f函数
   1. 打印
   2. 等待
   3. 调用yield
   4. 重复2、3、4

RT-Thread

两个抽象层（这一思想和AM非常类似）

• BSP(Board Support Package)
  • 为各种型号的板卡定义了一套公共的API
  • 并基于这套API实现RT-Thread内核;
  • 而对于一款板卡, 只需要实现相应的API, 就可以将RT-Thread内核运行在这款板卡上
  • 当然, BSP也不仅仅是针对真实的板卡, 也可以对应QEMU等模拟器, 毕竟RT-Thread内核无需关心底层是否是一个真实的板卡.
• libcpu
  • 为各种CPU架构定义了一套公共的API
  • RT-Thread内核也会调用其中的某些API

需要实现的函数

• rt_hw_stack_init()

  • stack_addr 需要地址对齐到sizeof(uintptr_t)
  • 
  1. 调用kontext构造上图的栈
  2. entry为一个包裹函数
  3. 参数为parameter的首地址，
  4. 在包裹函数中解析parameter首地址
     1. 将tentry
     2. texit
     3. parateter解析出来
  5. 在包裹函数中调用tentry
  6. 在tentry返回后调用texit

• rt_hw_context_switch_to( )

  • 作用：
    • 切换到to指向的上下文指针变量cp所指向的上下文context

• rt_hw_context_switch( )

  • 作用：
    • 切换到to指向的上下文指针变量cp所指向的上下文context
    • 额外将当前上下文的指针cp写入from指向的上下文指针变量中
  • 调用rt_thread_self()返回当前线程的PCB
  • 将当前pcb中的user_data存到局部变量中
  • 然后将 to 的数据写入当前pcb的user_data中
  • 将from的值赋值为当前的pcb的context
  • 调用yield，跳转到ev_handler
  • 从yield返回后，恢复 user data

• ev_handler（） （在这里返回切换后的context）

  • 添加case识别出EVENT_YIELD事件后,
  • 从pcb中的user data读出to
  • 将to的值赋值给传入的c，并返回

思考题

1. 如果不同的进程共享同一个栈空间, 会发生什么呢?
   1. 数据冲突：栈是用于存储局部变量和函数调用信息的，每个进程都有自己的栈空间。如果多个进程共享同一个栈，局部变量可能会被其他进程修改，导致数据不一致和不可预测的行为。
   2. 栈溢出：栈的大小是有限的，如果多个进程同时使用同一个栈，可能会导致栈溢出，进而引发程序崩溃或未定义行为。
   3. 安全性问题：共享栈空间可能导致安全漏洞，恶意进程可以修改其他进程的栈内容，从而执行任意代码或获取敏感信息。
   4. 调试困难：由于栈内容的混乱，调试程序时会变得非常困难，难以追踪错误的来源。
   5. 上下文切换问题：操作系统在进行进程切换时，通常会保存和恢复每个进程的栈状态。如果栈被多个进程共享，可能会导致上下文切换时的状态不一致。