开发一个RISC-V上的操作系统（八）—— 抢占式多任务（Preemptive Multitasking）-Toy模板网

这篇具有很好参考价值的文章主要介绍了开发一个RISC-V上的操作系统（八）—— 抢占式多任务（Preemptive Multitasking）。希望对大家有所帮助。如果存在错误或未考虑完全的地方，请大家不吝赐教，您也可以点击"举报违法"按钮提交疑问。

一、抢占式多任务

二、代码实现

三、上板测试

本节的代码在仓库的 06_Preemptive_Muti_Task 目录下，仓库链接：riscv_os: 一个RISC-V上的简易操作系统

本文代码的运行调试会在前面开发的RISC-V处理器上进行，仓库链接：cpu_prj: 一个基于RISC-V指令集的CPU实现

在第五节的内容中，我们实现了协作式多任务，这一节我们要实现的是抢占式多任务。

一、抢占式多任务

我们先回忆一下协作式和抢占式多任务的概念。

协作式多任务（Cooperative Mutitasking）：协作式环境下，下一个任务被调度的前提是当前任务主动放弃处理器。
抢占式多任务（Preemptive Multitasking）：抢占式环境下，操作系统完全决定任务调度方案，操作系统可以剥夺当前任务对处理器的使用，并且将处理器提供给其他任务。

可以看到，在协作式多任务中，需要用户程序主动放弃处理器，其他程序才能运行，这种调度方式十分不合理（万一有一个用户程序不懂谦让，那整个系统就乱了）。

而在抢占式多任务中，任务的调度完全由操作系统决定，采用统一的调度方式，这样就防止了某些用户程序不释放处理器。

在这一节，我们会利用第七节实现的硬件定时器来实现简单的抢占式调度（每个任务运行一个 tick 的时间）。

二、代码实现

大致步骤如下，当中断发生时，进入 trap_handler 函数，如果是定时器中断则进入 timer_handler 函数，在 timer_handler 函数中调用了 schedule 函数，从而实现任务切换的效果：

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timer_handler 函数代码如下：

void timer_handler()
{
        timer_write_reg(TIMER_CTRL, (timer_read_reg(TIMER_CTRL) & ~(TIMER_INT_PENDING)));
        _tick++;
        printf("tick: %d\n", _tick);

        timer_load(TIMER_INTERVAL);

        schedule();
}

和之前不同的是，context 上下文还需要额外保存 mepc 值，switch_to 函数最后的返回由 ret 改成了 mret（这样switch_to 函数就不需要返回，直接通过 mret 跳转到下一个任务上下文的 mepc 处执行）。

# void switch_to(struct context *next);
# a0: pointer to the context of the next task
.globl switch_to
.align 4
switch_to:
        # switch mscratch to point to the context of the next task
        csrw    mscratch, a0
        # set mepc to the pc of the next task
        lw      a1, 124(a0)
        csrw    mepc, a1

        # Restore all GP registers
        # Use t6 to point to the context of the new task
        mv      t6, a0
        reg_restore t6

        # Do actual context switching.
        # Notice this will enable global interrupt
        mret

.end