Windows进程与线程学习笔记（五）—

Windows进程与线程学习笔记（五）—— 模拟线程切换

ThreadSwitch代码分析
- ThreadSwitch.cpp
- ThreadCore.h
- ThreadCore.cpp
总结

ThreadSwitch代码分析

ThreadSwitch.cpp

// ThreadSwitch.cpp : Defines the entry point for the console application.
//#include "stdafx.h"
#include "ThreadCore.h"int main(int argc, char* argv[])
{//初始化线程环境RegisterGMThread("Thread1",Thread1,NULL);RegisterGMThread("Thread2",Thread2,NULL);RegisterGMThread("Thread3",Thread3,NULL);RegisterGMThread("Thread4",Thread4,NULL);//仿Windows线程切换for (;;){Sleep(20);ThreadPolling();}return 0;
}

ThreadCore.h

// ThreadCore.h: interface for the ThreadCore class.
//
//#if !defined(AFX_THREADCORE_H__3C5DBE32_012F_4176_884F_8D9EA510122D__INCLUDED_)
#define AFX_THREADCORE_H__3C5DBE32_012F_4176_884F_8D9EA510122D__INCLUDED_#if _MSC_VER > 1000
#pragma once
#endif // _MSC_VER > 1000#define MAXGMTHREAD 0x100#define GMTHREAD_CREATE        0x01
#define GMTHREAD_READAY     0x02
#define GMTHREAD_RUNING     0x04
#define GMTHREAD_SLEEP      0x08
#define GMTHREAD_SUSPEND    0x10
#define GMTHREAD_EXIT   0x100typedef struct
{char *name;                    // 线程名 相当于线程TIDint Flags;                   // 线程状态int SleepMillisecondDot; // 休眠时间void *InitialStack;          // 线程堆栈起始位置，也就是EBPvoid *StackLimit;          // 线程堆栈界限void *KernelStack;         // 线程堆栈当前位置，也就是ESPvoid *lpParameter;         // 线程函数的参数void (*func)(void *lpParameter);  // 线程函数} GMThread_t;    //---------------------------------------------------------------------------------------
//---------------------------------------------------------------------------------------/* 线程结构体数组* 线程在不同状态的存储位置不同* 正在运行的线程位于KPCR* 等待中的线程位于等待链表* 就绪的线程位于调度链表中* 这里对于以上三种情况使用一个数组进行包含* main函数也是一个线程，信息存在第一个数组成员里，也就是下标为0的位置* 创建线程时，是从下标为1的位置开始分配的*/
extern GMThread_t GMThreadList[MAXGMTHREAD];

//---------------------------------------------------------------------------------------
//---------------------------------------------------------------------------------------void IdleGMThread(void *lpParameter);void GMThreadStartup(GMThread_t *GMThreadp);
void initGMThread(GMThread_t *GMThreadp,char *name,void (*func)(void *lpParameter),void *lpParameter);
int RegisterGMThread(char *name,void (*func)(void *lpParameter),void *lpParameter);
void Scheduling(void);void GMSleep(int Milliseconds);void ThreadPolling();void Thread1(void *lpParameter);
void Thread2(void *lpParameter);
void Thread3(void *lpParameter);
void Thread4(void *lpParameter);#endif // !defined(AFX_THREADCORE_H__3C5DBE32_012F_4176_884F_8D9EA510122D__INCLUDED_)

ThreadCore.cpp

#include "stdafx.h"
#include "stdio.h"
#include "windows.h"#include "ThreadCore.h"#define _SELF        "滴水_仿Windows线程切换"//---------------------------------------------------------------------------------------
//---------------------------------------------------------------------------------------int CurrentThreadindex = 0;
GMThread_t GMThreadList[MAXGMTHREAD] = { NULL,0 };#define GMTHREADSTACKSIZE 0x80000void *WindowsStackLimit = NULL;//---------------------------------------------------------------------------------------
//---------------------------------------------------------------------------------------__declspec(naked) void SwitchContext(GMThread_t *SrcGMThreadp,GMThread_t *DstGMThreadp)
{__asm{//保存现场push ebpmov  ebp,esp//sub esp,__LOCAL_SIZEpush edipush esipush ebxpush ecxpush edxpush eaxmov esi,SrcGMThreadp //当前线程结构体指针mov edi,DstGMThreadp //目标线程结构体指针// esi + GMThread_t.KernelStack == SrcGMThreadp.KernelStackmov [esi+GMThread_t.KernelStack], esp//---------------经典堆栈切换 另一个线程复活----------------------------------// edi + GMThread_t.KernelStack == DstGMThreadp.KernelStackmov esp, [edi+GMThread_t.KernelStack]//此时，ESP为目标线程堆栈栈顶pop eaxpop edxpop ecxpop ebxpop esipop edi//add esp,__LOCAL_SIZEpop ebpret      //ebp之后是GMThreadStartup函数地址}
}//用来执行线程函数
void GMThreadStartup(GMThread_t *GMThreadp)
{//执行线程函数GMThreadp->func(GMThreadp->lpParameter);//线程函数执行结束，设置线程状态为EXITGMThreadp->Flags = GMTHREAD_EXIT;//线程切换Scheduling();return ;
}void IdleGMThread(void *lpParameter)
{Scheduling();return ;
}void PushStack(unsigned int **Stackpp,unsigned int v)
{// ESP 减去一个单位（4个字节）*Stackpp -= 1;//[ESP] = 参数v**Stackpp = v;return ;
}void initGMThread(GMThread_t *GMThreadp,char *name,void (*func)(void *lpParameter),void *lpParameter)
{unsigned char *StackPages;unsigned int *StackDWORDParam;//结构初始化赋值GMThreadp->Flags = GMTHREAD_CREATE;       //初始化线程为创建状态GMThreadp->name = name;                 //线程名GMThreadp->func = func;                    //线程函数，已经定义好GMThreadp->lpParameter = lpParameter;    //参数//申请堆栈空间StackPages = (unsigned char*)VirtualAlloc(NULL,GMTHREADSTACKSIZE,MEM_COMMIT,PAGE_READWRITE);//堆栈清零memset(StackPages,0,GMTHREADSTACKSIZE);//堆栈栈底（EBP）GMThreadp->InitialStack = (StackPages+GMTHREADSTACKSIZE-0x10);//堆栈边界地址GMThreadp->StackLimit = StackPages;StackDWORDParam = (unsigned int*)GMThreadp->InitialStack;//入栈PushStack(&StackDWORDParam,(unsigned int)GMThreadp);      //线程结构体自身指针，用来寻找 线程函数|函数参数PushStack(&StackDWORDParam,(unsigned int)9);               //平衡堆栈PushStack(&StackDWORDParam,(unsigned int)GMThreadStartup);    //函数地址，执行线程函数的入口函数//下面的值可以随便写PushStack(&StackDWORDParam,5); //push ebpPushStack(&StackDWORDParam,7); //push ediPushStack(&StackDWORDParam,6); //push esiPushStack(&StackDWORDParam,3); //push ebxPushStack(&StackDWORDParam,2); //push ecxPushStack(&StackDWORDParam,1); //push edxPushStack(&StackDWORDParam,0); //push eax//执行后，堆栈变化如下

GMThreadp->KernelStack = StackDWORDParam;    //指向当前线程的栈顶（ESP）GMThreadp->Flags = GMTHREAD_READAY;           //线程状态设置为就绪return ;
}int RegisterGMThread(char *name,void (*func)(void *lpParameter),void *lpParameter)
{int i;//为数组下标为0的成员赋值，GM Thread，相当于main函数线程if (GMThreadList[0].name==NULL){//申请堆栈初始化操作  线程数组 ，线程名字 ，函数地址 ，参数initGMThread(&GMThreadList[0], "IDLE GM Thread", IdleGMThread, NULL);}//新增的线程从下标为1开始写入for (i=1;GMThreadList[i].name;i++){//判断数组中尚未初始化的成员if (0==stricmp(GMThreadList[i].name,name)){break;}}//初始化线程结构体initGMThread(&GMThreadList[i],name,func,lpParameter);return (i|0x55AA0000);
}void Scheduling(void)
{int i;int TickCount;GMThread_t *SrcGMThreadp;GMThread_t *DstGMThreadp;TickCount = GetTickCount();SrcGMThreadp = &GMThreadList[CurrentThreadindex];       //当前线程结构体指针DstGMThreadp = &GMThreadList[0];                        //目标线程结构体指针//遍历线程数组，找到状态为就绪的线程for (i=1;GMThreadList[i].name;i++){if (GMThreadList[i].Flags&GMTHREAD_SLEEP){if (TickCount>GMThreadList[i].SleepMillisecondDot){GMThreadList[i].Flags = GMTHREAD_READAY;}}if ((GMThreadList[i].Flags&GMTHREAD_READAY)){//检测到有线程的状态为就绪，将其作为目标线程DstGMThreadp = &GMThreadList[i];break;}}CurrentThreadindex = DstGMThreadp-GMThreadList;      //得到即将执行的线程下标SwitchContext(SrcGMThreadp,DstGMThreadp);          //线程切换return ;
}//---------------------------------------------------------------------------------------
//---------------------------------------------------------------------------------------void GMSleep(int Milliseconds)
{GMThread_t *GMThreadp;GMThreadp = &GMThreadList[CurrentThreadindex];if ((GMThreadp->Flags&GMTHREAD_SUSPEND)==0){GMThreadp->SleepMillisecondDot = GetTickCount()+Milliseconds;GMThreadp->Flags = GMTHREAD_SLEEP;}//线程切换Scheduling();return ;
}void ThreadPolling()
{unsigned char StackPage[GMTHREADSTACKSIZE];memset(StackPage,0,GMTHREADSTACKSIZE);//模拟线程切换IdleGMThread(StackPage);return ;
}//---------------------------------------------------------------------------------------
//---------------------------------------------------------------------------------------
void vmmprint(char *f,int l,char *fmt, ...)
{int ret;char buffer[0x100];va_list args;//----------------------------------va_start(args, fmt);_snprintf(buffer,0x80,"[%s]:",f,l);ret = _vsnprintf(buffer+strlen(buffer), 0x100-strlen(buffer), fmt, args);if (ret == -1){strcpy(buffer, "vmmprint: error.");}//----------------------------------printf("%s",buffer);//OutputDebugString(buffer);return ;
}void Thread1(void *lpParameter)
{int i;for (i=0;i<3;i++){vmmprint(_SELF,__LINE__,"Thread1 \n");GMSleep(1000);}return ;
}void Thread2(void *lpParameter)
{for (;;){vmmprint(_SELF,__LINE__,"Thread2 \n");GMSleep(500);}return ;
}void Thread3(void *lpParameter)
{for (;;){vmmprint(_SELF,__LINE__,"Thread3 \n");GMSleep(800);}return ;
}void Thread4(void *lpParameter)
{for (;;){vmmprint(_SELF,__LINE__,"Thread4 \n");GMSleep(200);}return ;
}

总结

线程不是被动切换的，而是主动让出CPU
线程切换并没有使用TSS来保存寄存器，而是使用堆栈
线程切换的过程就是堆栈切换的过程

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