Day15Day16多任务和任务切换

1.多任务和任务切换，还有X86任务切换的原理都在我前面的文章中，已经写明，读者可以自行查看或百度

2.多任务的结构体

采用时间片轮转，优先调度
①一个任务的组成Task 是由段选择子（或可以称之为任务选择子，二者没有区别，因为一个任务就是注册在GDT/LDT中）标志位，任务优先级，该任务的现场和他可以占用cpu的权重构成
②我们所创建的多任务是一个多级LEVEL，每个LEVEL中还分权重来决定占用CPU的时间，当高级LEVEL中有任务正在运行的时候，低级LEVEL是不能运行的，而且高级LEVEL可以抢占CPU
③TaskLevel 是记录当前这个LEVEL他里面有几个正在跑的任务，当前正在跑的那个任务的ID
④TaskCTL 记录当前占用CPU的是哪个级别，在下次任务切换时是否需要更新级别。

#define MAX_TASKS 1000   //最大任务数量
#define TASK_GAT_BEGIN 3 //定义从GDT的几号 开始分配给TSS的
#define ONE_LEVEL_MAX_TASK 100 //每个级别最大任务个数
#define MAX_LEVELS  10 //最多可以分成10个级别#define TASK_RUNNING    2
#define TASK_ALLOCED    1
#define TASK_NOT_USE    0struct TSS32
{int FrontWork;//上一个任务 16位int ESP0;//堆栈0int SS0;int ESP1;int SS1;int ESP2;int SS2;int CR3;//CR3含有存放页目录表页面的物理地址int EIP, EFLAGS, EAX, ECX, EDX, EBX, ESP, EBP, ESI, EDI;//寄存器int ES, CS, SS, DS, FS, GS;int LDTR, IOMAP;
};struct TASK
{int nSelector;//存放在GDT的几号int nFlags;int nLevel;//设定任务的优先级struct TSS32 Tss;int nPriority;//设定任务可占用CPU的时间
};struct TASKLEVEL
{int RunCounts;//有几个任务正在运行int CurRunId;//正在运行的任务IDstruct TASK   *pTask[ONE_LEVEL_MAX_TASK];//每个级别100 个任务};struct TASKCTL
{int CurLevel; //当前的Levelchar LevelChange; //下次任务切换时 是否需要改变levelstruct TASKLEVEL TaskLevelArr[MAX_LEVELS];// 最多10个级别struct TASK TaskArr[MAX_TASKS];// 1000个任务
};

2.定时器中断所做的事情任务切换

void IntHandler20(int *pEsp)//定时器中断IRQ0
{//任务超时定时器标志位char TaskTimerFlag = 0;struct TIMER *pTimerTemp;io_out8(PIC0_OCW2, 0x60);//每次中断+1 来计数TimerCtl.u32Count++;//下一个需要比较的时间 未到 那么什么也不做if(TimerCtl.u32Next > TimerCtl.u32Count){return;}//把定时器链表的 头结点 赋值给 TemppTimerTemp = TimerCtl.pTimerHead;//Temp 在循环结束时候 是第一个未超时的那个 或者都超时了 while(1){//一直运行到 不超时那个TIMER 为止 因为pTimer数组是经过排序的if(pTimerTemp->u32TimeOut > TimerCtl.u32Count){break;}//处理超时的定时器pTimerTemp->u32Flag = TIMER_FLAGS_ALLOC;//如果不是任务切换定时器if(pTimerTemp != g_pTaskTimer){FifoSaveData(pTimerTemp->pFifo, pTimerTemp->nData);}else{TaskTimerFlag = 1;}pTimerTemp = pTimerTemp->pNext;}//改变头结点TimerCtl.pTimerHead = pTimerTemp;TimerCtl.u32Next = TimerCtl.pTimerHead->u32TimeOut;if(0 != TaskTimerFlag){TaskSwitch();}return;
}

3.具体实现

虽然前面原理什么的都讲了，但是我这里还是简单介绍一下吧，我们在Init中把所有的任务都注册到GDT表中，当任务要发生切换的时候，TR寄存器保存的是当前正在运行的任务，然后保存现场，然后把新的TSS的数据复制到寄存器里面

//命令行任务
void ConsoleTask(struct SHEET *pSheet);struct TASK *InitTask(struct MEMORY_MAN * MenMan);//新增一个任务
struct TASK *TaskAlloc(void);//运行一个任务
void TaskRun(struct TASK *pTask, int Level, int Priority);//任务切换
void TaskSwitch(void);//任务休眠
void TaskSleep(struct TASK *pTask);//获取当前正在运行的任务
struct TASK * GetCurTask(void);//向TASKLEVEL中添加一个任务
void AddTaskToLevel(struct TASK *pTask);//从TASKLEVEL中删除一个任务
void RemoveTaskFromLevel(struct TASK *pTask);//决定要跳转到哪个级别
void TaskSwitchLevel(void);//最低级的任务 当所有的任务 都休眠时 使系统进入省电模式
void TaskIdle(void);

#include "Tss.h"
#include "Timer.h"
#include "MyAsmFun.h"
#include "dsctbl.h"
#include "Sheet.h"
#include "graphic.h"
#include <stdio.h>
#include "fifo.h"//管理任务的定时器
struct TIMER *g_pTaskTimer;
//任务管理的结构体
struct TASKCTL *g_pTaskCtl;void (*pFunConsoleTask)(struct SHEET *pSheet) = ConsoleTask;//命令行任务
void ConsoleTask(struct SHEET *pSheet)
{struct FIFO Fifo32;struct TIMER *pTimer;struct TASK *pTask = GetCurTask();//用于使自己休眠int i;int FifoBuf[128];int CursorX = 8;int CursorColor = COL8_BLACK;InitFifo(&Fifo32, 128, FifoBuf, pTask);pTimer = GetTimer();TimerInit(pTimer, & Fifo32, 1);SetTimer(pTimer, 50);while (1){io_cli();if(0 == FifoStatus(&Fifo32)){TaskSleep(pTask);io_sti();}else{i = FifoReadData(&Fifo32);io_sti();if(i <= 1)//光标定时器{if(0 != i){TimerInit(pTimer, &Fifo32, 0);CursorColor = COL8_BLACK;}else{TimerInit(pTimer, &Fifo32, 1);CursorColor = COL8_WHITE;   }SetTimer(pTimer, 50);DrawBoxFillColor8(pSheet->pu8Buf, pSheet->nBxSize, CursorColor, CursorX, 28, CursorX+7, 43);SheetRefresh(pSheet, CursorX, 28, CursorX+8, 44);}}}}struct TASK *InitTask(struct MEMORY_MAN *MenMan)
{int i;struct TASK *pTask;//这是任务A的struct TASK *pTaskIdle;//任务哨兵 //将0x00270000开始的地址 存放GDT表 0x270000-0x27ffffstruct SEGMENT_DESCRIPTOR *pGDT_Add = (struct SEGMENT_DESCRIPTOR *)ADR_GDT;//为任务管理分配内存g_pTaskCtl = (struct TASKCTL *)MemoryManagerMalloc4K(MenMan, sizeof(struct TASKCTL));//任务初始化for (i = 0; i < MAX_TASKS; i++){g_pTaskCtl->TaskArr[i].nFlags = TASK_NOT_USE;                //没有使用g_pTaskCtl->TaskArr[i].nSelector = (TASK_GAT_BEGIN + i) * 8; //设置选择子SetSegmDesc(pGDT_Add + i + TASK_GAT_BEGIN, 103, (int)&(g_pTaskCtl->TaskArr[i].Tss), AR_TSS32);}for (i = 0; i < MAX_LEVELS; i++){g_pTaskCtl->TaskLevelArr[i].RunCounts = 0;g_pTaskCtl->TaskLevelArr[i].CurRunId = 0;}pTaskIdle = TaskAlloc();pTaskIdle->Tss.ESP = MemoryManagerMalloc4K(MenMan, 64*1024) + 64*1024;pTaskIdle->Tss.EIP = (int)&TaskIdle;pTaskIdle->Tss.ES = 1*8;pTaskIdle->Tss.CS = 2*8;pTaskIdle->Tss.SS = 1*8;pTaskIdle->Tss.DS = 1*8;pTaskIdle->Tss.FS = 1*8;pTaskIdle->Tss.GS = 1*8;TaskRun(pTaskIdle, MAX_LEVELS-1, 1);//新增一个任务pTask = TaskAlloc();pTask->nFlags = TASK_RUNNING; //活动中标志pTask->nPriority = 2;//0.02SpTask->nLevel = 0;//设为最高级别AddTaskToLevel(pTask);TaskSwitchLevel();load_tr(pTask->nSelector);g_pTaskTimer = GetTimer();SetTimer(g_pTaskTimer, pTask->nPriority);return pTask;
}struct TASK *TaskAlloc(void)
{int i;struct TASK *pTask;for (i = 0; i < MAX_TASKS; i++){//如果没有使用的话if (TASK_NOT_USE == g_pTaskCtl->TaskArr[i].nFlags){pTask = &(g_pTaskCtl->TaskArr[i]);pTask->nFlags = TASK_ALLOCED;pTask->Tss.EFLAGS = 0x00000202;pTask->Tss.EAX = 0;pTask->Tss.ECX = 0;pTask->Tss.EDX = 0;pTask->Tss.EBP = 0;pTask->Tss.EBX = 0;pTask->Tss.EDI = 0;pTask->Tss.ESI = 0;pTask->Tss.ES = 0;pTask->Tss.DS = 0;pTask->Tss.FS = 0;pTask->Tss.GS = 0;pTask->Tss.LDTR = 0;pTask->Tss.IOMAP = 0x40000000;return pTask;}}return 0;
}//运行一个任务
void TaskRun(struct TASK *pTask, int Level, int Priority)
{//不改变优先级if (Level < 0){Level = pTask->nLevel;}//如果是0的话 那么就不改变优先级if (Priority > 0){pTask->nPriority = Priority;}if((TASK_RUNNING == pTask->nFlags) && (pTask->nLevel != Level)) //改变活动中的Level{RemoveTaskFromLevel(pTask);}if(TASK_RUNNING != pTask->nFlags){pTask->nLevel = Level;AddTaskToLevel(pTask);}g_pTaskCtl->LevelChange = 1;    //下次任务切换时, 检查Levelreturn;
}//任务切换
void TaskSwitch(void)
{struct TASKLEVEL *pTaskLevel = &(g_pTaskCtl->TaskLevelArr[g_pTaskCtl->CurLevel]);struct TASK *pNewTask;struct TASK *pCurTask = pTaskLevel->pTask[pTaskLevel->CurRunId];pTaskLevel->CurRunId++;if (pTaskLevel->CurRunId == pTaskLevel->RunCounts){pTaskLevel->CurRunId = 0;}if(0 != g_pTaskCtl->LevelChange){TaskSwitchLevel();pTaskLevel = &(g_pTaskCtl->TaskLevelArr[g_pTaskCtl->CurLevel]);}pNewTask = pTaskLevel->pTask[pTaskLevel->CurRunId];SetTimer(g_pTaskTimer, pNewTask->nPriority);if(pNewTask != pCurTask){farjmp(0, pNewTask->nSelector);}return;
}//任务休眠
void TaskSleep(struct TASK *pTask)
{struct TASK *pCurTask;//如果指定的任务处于运行状态if (TASK_RUNNING == pTask->nFlags){pCurTask = GetCurTask();RemoveTaskFromLevel(pTask);//如果是要自我休眠if (pTask == pCurTask){TaskSwitchLevel();pCurTask = GetCurTask();farjmp(0, pCurTask->nSelector);}}return;
}//获取当前正在运行的任务
struct TASK * GetCurTask(void)
{struct TASKLEVEL *pTaskLevel = &(g_pTaskCtl->TaskLevelArr[g_pTaskCtl->CurLevel]);return (pTaskLevel->pTask[pTaskLevel->CurRunId]);
}//向TASKLEVEL中添加一个任务
void AddTaskToLevel(struct TASK *pTask)
{//获取到该任务 所属级别的 结构体地址struct TASKLEVEL *pTaskLevel = &(g_pTaskCtl->TaskLevelArr[pTask->nLevel]);/*if (pTaskLevel->RunCounts >= ONE_LEVEL_MAX_TASK){return;}*///将该任务 加到数组中 正在运行的+1pTaskLevel->pTask[pTaskLevel->RunCounts] = pTask;pTaskLevel->RunCounts++;pTask->nFlags = TASK_RUNNING;return;
}//从TASKLEVEL中删除一个任务
void RemoveTaskFromLevel(struct TASK *pTask)
{int i;//获取到该任务 所属级别的 结构体地址struct TASKLEVEL *pTaskLevel = &(g_pTaskCtl->TaskLevelArr[pTask->nLevel]);/*if(pTaskLevel->RunCounts < 0){return;}*///寻找Task出现在数组中的位置for (i = 0; i < pTaskLevel->RunCounts; i++){if (pTaskLevel->pTask[i] == pTask){break;}}pTaskLevel->RunCounts--;//如果当前要删除的任务 位置处在正在运行的任务的前面if(i < pTaskLevel->CurRunId){pTaskLevel->CurRunId--;}if (pTaskLevel->CurRunId >= pTaskLevel->RunCounts){pTaskLevel->CurRunId = 0;}pTask->nFlags = TASK_ALLOCED;//休眠//移动处理for (; i < pTaskLevel->RunCounts; i++){pTaskLevel->pTask[i] = pTaskLevel->pTask[i + 1];}return;
}//决定要跳转到哪个级别
void TaskSwitchLevel(void)
{int i;for ( i = 0; i < MAX_LEVELS; i++){if (g_pTaskCtl->TaskLevelArr[i].RunCounts > 0){break;    }}g_pTaskCtl->CurLevel = i;g_pTaskCtl->LevelChange = 0;return;
}//最低级的任务 当所有的任务 都休眠时 使系统进入省电模式
void TaskIdle(void)
{while(1){io_hlt();}
}

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