嵌入式操作系统内核原理和开发（线程切换）

在操作系统中，线程切换是很重要的一个环节。如果没有线程的切换，我们如何才能实现多线程的并发运行呢？既然要实现切换，那么一方面，我们需要对原来的寄存器进行保存，另外一方面我们还要压入新堆栈的寄存器，这样才能实现线程切换的效果。在x86下面，因为切换线程的ip地址是固定的，所以切换所需要的寄存器也是固定的，一般来说保存eax、ebx、ecx、edx、esi、edi、ebp和esp即可。比如说，像这样，

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"::);
}

上面说的都是对已经运行的线程进行切换。那么刚刚创建的线程怎么进行切换呢？一个不错的方法就是仿真出栈的处理流程。把初始状态的寄存器放在堆栈里面，模仿线程的出栈过程，设置好线程的初始寄存器数值即可。比如说，像这样，

void signal_handler(int m)
{UINT32* data;UINT32 unit;if(count != 0){printf("count = %d\n", count++);return;}printf("count = %d\n", count++);data = (UINT32*)malloc(STACK_LENGTH);unit = STACK_LENGTH >> 2;if(NULL == data)return;memset(data, 0, STACK_LENGTH);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];swap(&old, &new);free(data);
}

最后，我们给出一份完整的代码。在程序收到第一个signal的时候，我们发现代码不仅申请了内存，还初始化成了堆栈的格式，完美地解决了堆栈切换的问题。当然在hello处理结束后，代码又恢复成了原来的格式，而且内存正常释放，一切就像没有发生过一样。试想，如果每一次处理的都是一个function和stack，那基本上就可以模仿线程的运行过程了。

#include <stdio.h>
#include <time.h>
#include <sys/time.h>
#include <stdlib.h>
#include <signal.h>#define UINT32 unsigned int
#define STACK_LENGTH 1024static struct itimerval oldtv;
UINT32 old = 0;
UINT32 new = 0;
UINT32 count = 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("hello!\n");swap(&new, &old);
}void signal_handler(int m)
{UINT32* data;UINT32 unit;if(count != 0){printf("count = %d\n", count++);return;}printf("count = %d\n", count++);data = (UINT32*)malloc(STACK_LENGTH);unit = STACK_LENGTH >> 2;if(NULL == data)return;memset(data, 0, STACK_LENGTH);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];swap(&old, &new);free(data);
}int main()
{set_timer();signal(SIGALRM, signal_handler);while(count < 10);exit(0);return 1;
}

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