纯x86汇编实现的多线程操作系统实践 - 第五章 AP的守护执行

AP的32位保护模式代码的后半部分从0x8001C000开始执行，完成的工作主要有：

1. 初始化必要的中断

2. 给BSP发送启动成功的消息

3. 创建各AP的系统进程

4. 创建各AP的用户进程

5. 循环显示各AP中用户进程执行的时间比例

5.1 初始化中断

5.1.1总体初始化

各AP调用init_interrupt_function进行中断的初始化。

设置线程锁，保证对IDT段的操作是原子执行。

初始化IO APIC寄存器，使能IO APIC功能。将AP对应的IO APIC寄存器的基地址设置为0，同时使能该AP的IO APIC功能。

不同的BSP、AP需对应不同的IO APIC的ID。这里，将AP1对应的IO APIC的ID设置为0x0E，AP2对应的IO APIC的ID设置为0x0C。

屏蔽LINT0，所有外部中断由IO APIC产生。

打开SVR寄存器的APIC enable位(第8位)。这里需要注意：该位在BSP中自动被设置为使能，而在AP中该位默认是关闭的。

IDT段的地址设置为0x80002000。

设置0x31号中断，用于AP1接收BSP的HPET0发送过来的消息，10ms一次。

设置0x32号中断，用于AP2接收BP的HPET0发送过来的消息，10ms一次。

设置0x38号中断，用于设置AP用户进程休眠的时间。

设置0x39号中断，用于AP用户进程读取硬盘的对应扇区数据。

5.1.2接收BSP的时钟消息

AP通过接收BSP发过来的时钟消息来实现系统进程和用户进程的切换（BSP在do_hpet_timer0_handler接口中向AP1和AP2发送IPI消息）。其中，0x31号中断由AP1使用，0x32号中断由AP2使用。下面通过0x31中断对应的中断接口do_int31h_handler来进行说明。

通过ap1_running_usr标志判断当前运行的是系统进程（0）还是用户进程（1）。如果是系统进程，系统进程的ticks加一（ap1_sys_whole_ticks）。

之后，当前进程的运行时隙减一。如果当前进程的时隙还大于0，退出本接口。

执行到这里，说明当前进程的时隙已经使用完毕，需要切换到另一个进程。需要判断是从系统进程切换到用户进程，还是从用户进程切换到系统进程。（一个AP仅运行一个系统进程和一个用户进程）

如果ap1_running_usr标志不为0，说明当前运行的是用户进程，需要切换到系统进程。

ap1_usr_pro_enable标志指示用户进程是否能够被运行。ap1_usr_pro_enable可以通过命令行：“ap1 run“ 以及 “ap1 stop”来设置。“ap1 run“设置ap1_usr_pro_enable标志为1，“ap1 stop” 设置ap1_usr_pro_enable标志为0。

如果ap1_usr_pro_enable标志指示用户进程不能被运行，重新设置当前进程的时隙，并退出接口。

这里是从系统进程切换到用户进程。用户进程运行的ticks值加一，当前运行状态改为“用户进程”。将用户进程运行的时隙写入ap1_switch，再通过AP1用户进程的TSS段在GDT中的选择子切换到AP1的用户进程。

这里是从用户进程切换到系统进程。系统进程运行的ticks值加一，当前运行状态改为“系统进程”。将系统进程运行的时隙写入ap1_switch，再通过AP1系统进程的TSS段在GDT中的选择子切换到AP1的系统进程。

5.1.3进程休眠

AP通过0x38号中断提供用户进程休眠的系统调用，对应的函数是：do_int38h_handler。

首先判断是AP1还是AP2使用该系统调用。

如果是AP1调用的，ap1_running_usr标志改为0，表示当前运行的是系统进程，重新设置进程的运行时隙，再通过AP1系统进程的TSS段在GDT中的选择子切换到AP1的系统进程。

对AP2的处理与上面的AP1一致。

5.1.4读取硬盘扇区

AP通过0x39号中断提供读取硬盘扇区的系统调用，对应的函数是：do_int39h_handler。do_int39h_handler直接调用read_hard_disk_0函数来获取对应扇区的数据，一次读取一个扇区，512字节。其中，eax对应读取的扇区号，ebx对应数据读取到的地址。

5.2 返回启动成功的消息

AP在中断初始化完毕之后，都会向BSP发送“启动成功”的消息。以上指令对应：目标CPU对应的ID号为0x00, 交付模式为Fixed，目标CPU的中断号为0x30。

5.3 创建系统进程和用户进程

通过获取APIC ID号判断当前运行的是AP1还是AP2。

初始化AP1对应的系统进程和用户进程的配置参数。

系统进程的配置参数结构在“global_vars_for_all.inc”文件中定义：

该结构用于记录系统进程的TSS段地址以及系统进程TSS段在GDT中的选择子。

用户进程的配置参数结构也在“global_vars_for_all.inc”文件中定义：

该结构记录参数的功能已在参数后面注明。

init_ap1_configs函数将填写系统进程结构以及用户进程结构中的各个参数，这些参数在创建系统进程和用户进程时被使用。

Load_Sys_Task函数用于创建各AP的系统进程：

使用线程锁，避免AP1和AP2在这里同时操作。

将系统进程的TSS段清空。

将当前页目录地址写入系统进程TSS段的0x1c偏移处，该处记录系统进程对应的页目录。注意，此处写入TSS段页目录地址的代码必须要有，在系统进程向用户进程切换时，系统不会主动将页目录地址保存到TSS段中。

在GDT中写入TSS段描述符，再将TSS在GDT中的偏移写入TR寄存器。

Load_Usr_Task函数用于创建各AP的用户进程：

使用线程锁，避免AP1和AP2在这里同时操作。

将系统进程使用的页目录的数据，拷贝到用户进程对应的页目录页。其中，usr_task_confg.page_dir写入的是页面的实地址，加上0x80000000为页面对应的虚拟地址。

将用户进程页目录的第0项指向页表0。其中，usr_task_confg.page_dir写入的是页面的实地址，加上0x80000000为页面对应的虚拟地址。

向用户进程的页表0的第1项指向虚拟地址0x0~0x0FFF，该区域对应的页的实地址为0x0000E000，用户进程的code代码将写入这一页。

向用户进程的页表0的第2项指向虚拟地址0x1000~0x1FFF，该区域对应的页的实地址为0x0000F000，用户进程的堆栈指向这一页。

将用户进程对应的code代码，从硬盘扇区读取到用户进程code代码页。

初始化用户进程的LDT段，代码描述符和数据描述符都设置为平坦模式。

将设置好的用户LDT段加入DGT段，LDT段在GDT段中的偏移在usr_task_confg.ldt_sel中已经设置好，这样的目的是为了减少判断时使用的代码，但是灵活性更差。

将用户进程的TSS段清空。

逐项填写用户进程TSS段的内容，主要包括：

1. 系统态下的SS段选择子和esp地址

2. eip值（起始执行代码在code页中的偏移）

3. Eflag的值

4. 用户态下的esp地址

5. 用户态下CS/SS/DS段的选择子（在LDT段中的偏移）

6. ldt选择子

将填写好的用户TSS段加入GDT段，TSS在GDT中的偏移为usr_task_confg.tss_sel。

后面，系统将根据系统进程TSS段在GDT中的偏移，以及用户进程TSS段在GDT中的偏移，来切换系统进程和用户进程。

5.4 用户进程执行时间比例的显示

在AP最后的循环中，通过调用do_ap1_usr_ratio和do_ap2_usr_ratio来显示AP1和AP2中，用户进程执行时间与总运行时间的比例。我们通过do_ap1_usr_ratio来讲解。

首先判断ap1_usr_whole_ticks是否为0，为0说明AP1的用户进程还没有运行起来，直接退出本函数。

系统当前ticks值减去上一次记录的ticks值，大于100说明超过1秒钟，可以进行计算，并记录本次当前系统的ticks值用于下一次计算。

计算相比1秒钟前，AP1用户进程增加的ticks数值。

计算相比1秒钟前，AP1系统进程增加的ticks数值。

计算在1秒的间隔中，AP1系统进程和用户进程总增加的ticks数。AP1用户进程增加的ticks数乘以100，再除以总增加的ticks数，得到1秒间隔内，AP1用户进程执行的比例。该结果再除以10，商在ax，余数在dx。

调用0x82系统调用，显示AP1用户进程在1秒间隔中运行的比率（数字）。

ap_32.asm源代码地址:https://download.csdn.net/download/hanspruce_bird/87502148