Linux下GDT实现的任务切换 (linux gdt 任务切换)

近年来，随着信息技术的不断发展，操作系统作为计算机科学的一个重要分支之一，一直是人们研究的热点之一。而在操作系统的内存管理中，为实现多任务的切换，通常需要用到段描述符表（Global Descriptor Table，简称GDT）。在Linux系统中，GDT被广泛应用于多任务切换中。

本文将详细介绍Linux系统下GDT实现的任务切换原理，包括GDT的定义及其与多任务切换的关系、GDT的寄存器存储方式等方面。希望对Linux系统多任务切换的研究及开发起到指导和借鉴的作用。

一、GDT概述

GDT是管理段地址空间的数据结构，包含多个段描述符。段描述符是用来描述一个内存段的一个数据结构，它包含了该段的基址、限长、访问权限等信息。在不同的代码段中，GDT的内容是不同的，因为每个段描述符只能描述同一种类型的段，如代码段或数据段等。在实现多任务的切换中，GDT被广泛应用。

二、GDT的定义

在Linux系统中，GDT被定义在kernel/head.S文件中。定义的方式如下：

.align 4

gdt_descr: //GDT的描述符结构

.word gdt_end – gdt – 1 /* GDT的大小 */

.long gdt /* GDT的地址 */

gdt:

.quad 0x0 //0号描述符

.quad 0x00cf9a000000ffff //1号描述符（32位代码段）

.quad 0x00cf92023000ffff //2号描述符（32位数据段）

.align 16

gdt_end:

其中，GDT的描述符结构包含GDT的大小和GDT的地址。GDT表的每一项称为段描述符，每个段描述符都有一个编号，0~8191（共8192个段描述符）。每个段描述符都至少包等含两个字段：段基址和段限长，用于限制用户代码和数据访问的范围。其中，段基地址是该段的起始地址，段限长则指定了该段的大小（单位为字节）。在这些字段之外，段描述符中还包含着其他的一些元数据信息，如：段属性、段访问权限等。每个描述符的大小为8字节。

三、任务切换

在实现多任务的切换中，GDT起着至关重要的作用。当CPU切换到另一个任务时，需要先加载新任务的GDT表，然后执行IRET指令。IRET指令会将当前CPU的状态还原，包括程序计数器、栈指针、FPU、MMX等寄存器。CPU将进入到新的GDT表，新的程序计数器将根据新的GDT表开始执行代码。

在Linux系统中，任务切换是由time.c文件中的do_timer函数实现的。在此函数中，通过查找任务列表中更优先的未完成任务，并将其插入到运行队列的队尾。然后，将当前任务从处理机中移除，并将其保存到任务状态段中。

四、GDT与进程管理

在Linux系统中，进程管理是操作系统的核心功能之一。在进程管理中，进程是操作系统中最小的调度单位，也是操作系统的任务切换最小单位。在Linux系统中，每个进程都有一个独立的地址空间，包括代码段、数据段和堆栈段等。在多进程管理中，不同进程的地址空间被分隔开来，通过机制实现地址空间的隔离，从而提高操作系统的安全性和稳定性。

需要说明的是，在Linux系统中，进程的所有信息都保存在任务状态段中，并且由操作系统维护。当一个进程被调度执行时，操作系统会将进程的信息复制到处理机的寄存器中，以便处理器在执行进程时能够访问进程的相关信息。

GDT是Linux系统中实现多任务切换的关键之一。通过对GDT的详细介绍，我们可以更好地理解Linux系统中的任务切换原理。对于早期的操作系统设计者而言，多任务切换的实现利器是好的，而目前我们使用的Linux操作系统也极大地受益于GDT的应用。