怎么实现进程切换

是什么

进程是一个运行中的程序实体，拥有独立的地址空间和逻辑控制流。

void sayHi()
{
  printf("%s
", "Hello,World");
  return 0;
}

sayHi就是一个函数，它一旦运行起来，就是进程。

独立的逻辑控制流，是说这个进程就像独占一个CPU一样。每个进程使用CPU的时间不是连续的，但它们的指令运行却是前后衔接的，不会受到其他进程的指令对它的指令和数据大的更改。

运行起来

进程，这里是指用户进程（区别于内核），处在特权级3。内核在特权级0。CPU从通电运行起，就处在特权级0。要运行用户进程，需要从特权级0转移到特权级3。

CPU执行哪条指令，受cs:eip控制。有一个指令，既能够实现特权级从高向低转移，又能更新cs:eip。这个指令就是iretd。

执行第一个用户进程的方法是，把cs、eip、ss、esp等寄存器需要的值入栈，然后用irted出栈，用户进程就能运行起来了。示意代码如下。注意，下面的代码只是说明大概思路，不是可执行的代码。

push		ss
push		esp
push		cs
push		eip

irted

停下来

操作系统要让一个CPU能运行多个进程。一个进程不能总是独占CPU，必须让它停下来，把CPU让给其他进程使用。

时钟中断每隔一段时间就会停止当前进程，转移到执行中断例程。

切换

在中断例程中，我们可以为当前进程A建立一个”快照“，选择运行进程B。

进程的”快照“，是把进程正在使用的数据、下一条要运行的指令等信息存储起来；然后选择另外一个进程，从存储设备中取出这个进程运行所需要的所有信息，最后运行这个进程。

进程正在使用的数据，全部都在寄存器中，把寄存器中的数据存起来，就是为进程建立了快照。

把数据存储到哪里呢？在汇编语言中，动态存储数据，我发现只有堆栈可以使用。进程的切换就是这样一个流程：

1. 进程A正在运行，时钟中断发生，执行中断例程。
2. 从TSS的esp0中获取进程A的堆栈栈顶，把esp指向这个栈顶。
3. 把寄存器中的值都压入进程A的堆栈中。
4. 把esp指向进程B的堆栈。调度程序就在这个步骤。
5. 把TSS的esp0指向进程B的堆栈的最高地址处加4个字节。下一次中断发生时，TSS获取的esp0的值就是在这里获取的。
6. B的堆栈出栈。
7. 使用iretd出栈ss、esp、cs、eip，开始执行进程B的指令。

堆栈转移

从上面的切换过程，很容易看出，需要转移堆栈。

第1步~~~第3步，堆栈从用户进程中的不知名堆栈转移到存储进程A数据的堆栈。这个堆栈，为进程建立快照使用。每个进程都有一个这样的堆栈。

在第4步前后，都有一次堆栈切换：

1. 前面，从A进程的堆栈切换到内核堆栈。进程调度程序很有可能会使用堆栈。如果仍然使用进程A的堆栈，会破坏A的堆栈，重新运行A时会有许多麻烦。
2. 进程调度结束后，已经选择了进程B，需要从堆栈中恢复B的数据，于是把esp指向B的堆栈。

进入内核后，我们切换过GDT和内核堆栈。当初我觉得没必要切换内核堆栈，现在终于发现了内核堆栈的作用。

那个内核堆栈是这样建立的：先用0填充一段内存空间，比如4KB，然后在下面设置一个标号，这个标号就是内核堆栈。代码如下：

StatckStrace		1024  resp		0
TopStack: