5.模拟线程切换

模拟 Windows线程切换(ThreadSwitch)

正在运行的线程在KPCR里，等待的线程在等待链表中，调度中的线程在那32个调度链表中。

创建它是从下标1的位置开始存的而不是0，因为main需要一个线程。

创建的线程还不能调度还需要初始化的环境，寄存器的值、当前线程的堆栈要确定

模拟线程切换总结:

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

以下是代码：

ThreadSwitch.h

#pragma once
#include <windows.h>
#include "stdio.h"

//最大支持的线程数
#define MAXGMTHREAD 100

//线程信息的结构
typedef struct
{
    char* name;                            //线程名 相当于线程ID
    int Flags;                            //线程状态
    int SleepMillsecondDot;                //休眠时间

    void* initialStack;                    //线程堆栈起始位置
    void* StackLimit;                    //线程堆栈界限
    void* KernelStack;                    //线程堆栈当前位置，也就是ESP

    void* lpParameter;                    //线程函数的参数
    void(*func)(void* lpParameter);        //线程函数
}GMThread_t;

void GMSleep(int MilliSeconds);
int RegisterGMThread(char* name, void(*func)(void*lpParameter), void* lpParameter);
void Scheduling();

ThreadSwitch.c

#include "ThreadSwitch.h"


//定义线程栈的大小
#define GMTHREADSTACKSIZE 0x80000

//当前线程的索引
int CurrentThreadIndex = 0;

//线程的列表
GMThread_t GMThreadList[MAXGMTHREAD] = { NULL, 0 };

//线程状态的标志
enum FLAGS
{
    GMTHREAD_CREATE = 0x1,
    GMTHREAD_READY = 0x2,
    GMTHREAD_SLEEP = 0x4,
    GMTHREAD_EXIT = 0x8,
};

//启动线程的函数
void GMThreadStartup(GMThread_t* GMThreadp)
{
    GMThreadp->func(GMThreadp->lpParameter);
    GMThreadp->Flags = GMTHREAD_EXIT;
    Scheduling();

    return;
}

//空闲线程的函数
void IdleGMThread(void* lpParameter)
{
    printf("IdleGMThread---------------
");
    Scheduling();
    return;
}

//向栈中压入一个uint值
void PushStack(unsigned int** Stackpp, unsigned int v)
{
    *Stackpp -= 1;//esp - 4
    **Stackpp = v;//

    return;
}

//初始化线程的信息
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;
    GMThreadp->name = name;
    GMThreadp->func = func;
    GMThreadp->lpParameter = lpParameter;

    //申请空间
    StackPages = (unsigned char*)VirtualAlloc(NULL, GMTHREADSTACKSIZE, MEM_COMMIT, PAGE_READWRITE);
    //初始化
    ZeroMemory(StackPages, GMTHREADSTACKSIZE);
    //初始化地址地址
    GMThreadp->initialStack = StackPages + GMTHREADSTACKSIZE;
    //堆栈限制
    GMThreadp->StackLimit = StackPages;
    //堆栈地址
    StackDWordParam = (unsigned int*)GMThreadp->initialStack;

    //入栈
    PushStack(&StackDWordParam, (unsigned int)GMThreadp);        //通过这个指针来找到线程函数，线程参数
    PushStack(&StackDWordParam, (unsigned int)0);                //平衡堆栈的(不用管)
    PushStack(&StackDWordParam, (unsigned int)GMThreadStartup);    //线程入口函数 这个函数负责调用线程函数
    PushStack(&StackDWordParam, (unsigned int)5);                //push ebp
    PushStack(&StackDWordParam, (unsigned int)7);                //push edi
    PushStack(&StackDWordParam, (unsigned int)6);                //push esi
    PushStack(&StackDWordParam, (unsigned int)3);                //push ebx
    PushStack(&StackDWordParam, (unsigned int)2);                //push ecx
    PushStack(&StackDWordParam, (unsigned int)1);                //push edx
    PushStack(&StackDWordParam, (unsigned int)0);                //push eax

    //当前线程的栈顶
    GMThreadp->KernelStack = StackDWordParam;

    //当前线程状态
    GMThreadp->Flags = GMTHREAD_READY;

    return;
}

//将一个函数注册为单独线程执行
int RegisterGMThread(char* name, void(*func)(void*lpParameter), void* lpParameter)
{
    int i;
    for (i = 1; GMThreadList[i].name; i++) 
    {
        if (0 == _stricmp(GMThreadList[i].name, name)) 
        {
            break;
        }
    }
    initGMThread(&GMThreadList[i], name, func, lpParameter);

    return (i & 0x55AA0000);
}

//切换线程    1：当前线程结构体指针 2：要切换的线程结构体指针
__declspec(naked) void SwitchContext(GMThread_t* SrcGMThreadp, GMThread_t* DstGMThreadp)
{
    __asm 
    {
        //提升堆栈
        push ebp
        mov ebp, esp

        //保存当前线程寄存器
        push edi
        push esi
        push ebx
        push ecx
        push edx
        push eax

        mov esi, SrcGMThreadp
        mov edi, DstGMThreadp

        mov[esi + GMThread_t.KernelStack], esp

        //经典线程切换，另外一个线程复活
        mov esp, [edi + GMThread_t.KernelStack]

        pop eax
        pop edx
        pop ecx
        pop ebx
        pop esi
        pop edi

        pop ebp
        ret    //把startup(线程函数入口)弹到eip 执行的就是线程函数了
    }
}

//这个函数会让出cpu，从队列里重新选择一个线程执行
void Scheduling()
{
    int TickCount = GetTickCount();

    GMThread_t* SrcGMThreadp = &GMThreadList[CurrentThreadIndex];
    GMThread_t* DstGMThreadp = &GMThreadList[0];


    for (int i = 1; GMThreadList[i].name; i++)
    {
        if (GMThreadList[i].Flags & GMTHREAD_SLEEP) 
        {
            if (TickCount > GMThreadList[i].SleepMillsecondDot) 
            {
                GMThreadList[i].Flags = GMTHREAD_READY;
            }
        }
        if (GMThreadList[i].Flags & GMTHREAD_READY) 
        {
            DstGMThreadp = &GMThreadList[i];
            break;
        }
    }

    CurrentThreadIndex = DstGMThreadp - GMThreadList;

    SwitchContext(SrcGMThreadp, DstGMThreadp);

    return;
}

void GMSleep(int MilliSeconds)
{
    GMThread_t* GMThreadp;
    GMThreadp = &GMThreadList[CurrentThreadIndex];

    if (GMThreadp->Flags != 0) 
    {
        GMThreadp->Flags = GMTHREAD_SLEEP;
        GMThreadp->SleepMillsecondDot = GetTickCount() + MilliSeconds;
    }

    Scheduling();
    return;
}

main.c

#include "ThreadSwitch.h"


extern int CurrentThreadIndex;

extern GMThread_t GMThreadList[MAXGMTHREAD];

void Thread1(void*) 
{
    while (1) 
    {
        printf("Thread1
");
        GMSleep(500);
    }
}

void Thread2(void*) 
{
    while (1) 
    {
        printf("Thread2
");
        GMSleep(200);
    }
}

void Thread3(void*) 
{
    while (1) 
    {
        printf("Thread3
");
        GMSleep(10);
    }
}

void Thread4(void*) 
{
    while (1) 
    {
        printf("Thread4
");
        GMSleep(1000);
    }
}


int main()
{
    RegisterGMThread("Thread1", Thread1, NULL);
    RegisterGMThread("Thread2", Thread2, NULL);
    RegisterGMThread("Thread3", Thread3, NULL);
    RegisterGMThread("Thread4", Thread4, NULL);

    for (;;)
    {
        Sleep(20);
        Scheduling();
    }

    return 0;
}