Linux下sched.h文件分析

#ifndef _SCHED_H
#define _SCHED_H
#define NR_TASKS 64 // 系统中同时最多任务（进程）数。
#define HZ 100 // 定义系统时钟滴答频率(1 百赫兹，每个滴答10ms)
#define FIRST_TASK task[0] // 任务0 比较特殊，所以特意给它单独定义一个符号。
#define LAST_TASK task[NR_TASKS-1] // 任务数组中的最后一项任务。
#include <linux/head.h> // head 头文件，定义了段描述符的简单结构，和几个选择符常量。
#include <linux/fs.h> // 文件系统头文件。定义文件表结构（file,buffer_head,m_inode 等）。
#include <linux/mm.h> // 内存管理头文件。含有页面大小定义和一些页面释放函数原型。
#include <signal.h> // 信号头文件。定义信号符号常量，信号结构以及信号操作函数原型。
#if (NR_OPEN > 32)
#error "Currently the close-on-exec-flags are in one word, max 32 files/proc"
#endif
// 这里定义了进程运行可能处的状态。
#define TASK_RUNNING 0 // 进程正在运行或已准备就绪。
#define TASK_INTERRUPTIBLE 1 // 进程处于可中断等待状态。
#define TASK_UNINTERRUPTIBLE 2 // 进程处于不可中断等待状态，主要用于I/O 操作等待。
#define TASK_ZOMBIE 3 // 进程处于僵死状态，已经停止运行，但父进程还没发信号。
#define TASK_STOPPED 4 // 进程已停止。
#ifndef NULL
#define NULL ((void *) 0) // 定义NULL 为空指针。
#endif
// 复制进程的页目录页表。Linus 认为这是内核中最复杂的函数之一。( mm/memory.c, 105 )
extern int copy_page_tables (unsigned long from, unsigned long to, long size);
// 释放页表所指定的内存块及页表本身。( mm/memory.c, 150 )
extern int free_page_tables (unsigned long from, unsigned long size);
// 调度程序的初始化函数。( kernel/sched.c, 385 )
extern void sched_init (void);
// 进程调度函数。( kernel/sched.c, 104 )
extern void schedule (void);
// 异常(陷阱)中断处理初始化函数，设置中断调用门并允许中断请求信号。( kernel/traps.c, 181 )
extern void trap_init (void);
// 显示内核出错信息，然后进入死循环。( kernel/panic.c, 16 )。
extern void panic (const char *str);
// 往tty 上写指定长度的字符串。( kernel/chr_drv/tty_io.c, 290 )。
extern int tty_write (unsigned minor, char *buf, int count);
typedef int (*fn_ptr) (); // 定义函数指针类型。
// 下面是数学协处理器使用的结构，主要用于保存进程切换时i387 的执行状态信息。
struct i387_struct
{
  long cwd; // 控制字(Control word)。
  long swd; // 状态字(Status word)。
  long twd; // 标记字(Tag word)。
  long fip; // 协处理器代码指针。
  long fcs; // 协处理器代码段寄存器。
  long foo;
  long fos;
  long st_space[20]; /* 8*10 bytes for each FP-reg = 80 bytes */
};
// 任务状态段数据结构（参见列表后的信息）。
struct tss_struct
{
  long back_link; /* 16 high bits zero */
  long esp0;
  long ss0; /* 16 high bits zero */
  long esp1;
  long ss1; /* 16 high bits zero */
  long esp2;
  long ss2; /* 16 high bits zero */
  long cr3;
  long eip;
  long eflags;
  long eax, ecx, edx, ebx;
  long esp;
  long ebp;
  long esi;
  long edi;
  long es; /* 16 high bits zero */
  long cs; /* 16 high bits zero */
  long ss; /* 16 high bits zero */
  long ds; /* 16 high bits zero */
  long fs; /* 16 high bits zero */
  long gs; /* 16 high bits zero */
  long ldt; /* 16 high bits zero */
  long trace_bitmap; /* bits: trace 0, bitmap 16-31 */
  struct i387_struct i387;
};
// 这里是任务（进程）数据结构，或称为进程描述符。
// ==========================
// long state 任务的运行状态（-1 不可运行，0 可运行(就绪)，>0 已停止）。
// long counter 任务运行时间计数(递减)（滴答数），运行时间片。
// long priority 运行优先数。任务开始运行时counter = priority，越大运行越长。
// long signal 信号。是位图，每个比特位代表一种信号，信号值=位偏移值+1。
// struct sigaction sigaction[32] 信号执行属性结构，对应信号将要执行的操作和标志信息。
// long blocked 进程信号屏蔽码（对应信号位图）。
// --------------------------
// int exit_code 任务执行停止的退出码，其父进程会取。
// unsigned long start_code 代码段地址。
// unsigned long end_code 代码长度（字节数）。
// unsigned long end_data 代码长度 + 数据长度（字节数）。
// unsigned long brk 总长度（字节数）。
// unsigned long start_stack 堆栈段地址。
// long pid 进程标识号(进程号)。
// long father 父进程号。
// long pgrp 父进程组号。
// long session 会话号。
// long leader 会话首领。
// unsigned short uid 用户标识号（用户id）。
// unsigned short euid 有效用户id。
// unsigned short suid 保存的用户id。
// unsigned short gid 组标识号（组id）。
// unsigned short egid 有效组id。
// unsigned short sgid 保存的组id。
// long alarm 报警定时值（滴答数）。
// long utime 用户态运行时间（滴答数）。
// long stime 系统态运行时间（滴答数）。
// long cutime 子进程用户态运行时间。
// long cstime 子进程系统态运行时间。
// long start_time 进程开始运行时刻。
// unsigned short used_math 标志：是否使用了协处理器。
// --------------------------
// int tty 进程使用tty 的子设备号。-1 表示没有使用。
// unsigned short umask 文件创建属性屏蔽位。
// struct m_inode * pwd 当前工作目录i 节点结构。
// struct m_inode * root 根目录i 节点结构。
// struct m_inode * executable 执行文件i 节点结构。
// unsigned long close_on_exec 执行时关闭文件句柄位图标志。（参见include/fcntl.h）
// struct file * filp[NR_OPEN] 进程使用的文件表结构。
// --------------------------
// struct desc_struct ldt[3] 本任务的局部表描述符。0-空，1-代码段cs，2-数据和堆栈段ds&ss。
// --------------------------
// struct tss_struct tss 本进程的任务状态段信息结构。
// ==========================
struct task_struct
{
/* these are hardcoded - don't touch */
  long state; /* -1 unrunnable, 0 runnable, >0 stopped */
  long counter;
  long priority;
  long signal;
  struct sigaction sigaction[32];
  long blocked; /* bitmap of masked signals */
/* various fields */
  int exit_code;
  unsigned long start_code, end_code, end_data, brk, start_stack;
  long pid, father, pgrp, session, leader;
  unsigned short uid, euid, suid;
  unsigned short gid, egid, sgid;
  long alarm;
  long utime, stime, cutime, cstime, start_time;
  unsigned short used_math;
/* file system info */
  int tty; /* -1 if no tty, so it must be signed */
  unsigned short umask;
  struct m_inode *pwd;
  struct m_inode *root;
  struct m_inode *executable;
  unsigned long close_on_exec;
  struct file *filp[NR_OPEN];
/* ldt for this task 0 - zero 1 - cs 2 - ds&ss */
  struct desc_struct ldt[3];
/* tss for this task */
  struct tss_struct tss;
};
/*
* INIT_TASK is used to set up the first task table, touch at
* your own risk!. Base=0, limit=0x9ffff (=640kB)
*/
/*
* INIT_TASK 用于设置第1 个任务表，若想修改，责任自负?！
* 基址Base = 0，段长limit = 0x9ffff（=640kB）。
*/
// 对应上面任务结构的第1 个任务的信息。
#define INIT_TASK
/* state etc */ { 0,15,15, // state, counter, priority
/* signals */ 0,
{
  {
  }
,}
, 0, // signal, sigaction[32], blocked
                    /* ec,brk... */ 0, 0, 0, 0, 0, 0,
                    // exit_code,start_code,end_code,end_data,brk,start_stack
                    /* pid etc.. */ 0, -1, 0, 0, 0,
                    // pid, father, pgrp, session, leader
                    /* uid etc */ 0, 0, 0, 0, 0, 0,
                    // uid, euid, suid, gid, egid, sgid
                    /* alarm */ 0, 0, 0, 0, 0, 0,
                    // alarm, utime, stime, cutime, cstime, start_time
                /* math */ 0,
                // used_math
                            /* fs info */ -1, 0022, NULL, NULL, NULL, 0,
                            // tty,umask,pwd,root,executable,close_on_exec
/* filp */
{
NULL,}
, // filp[20]
{
   // ldt[3]
  {
  0, 0}
  ,
/* ldt */
  {
  0x9f, 0xc0fa00}
  , // 代码长640K，基址0x0，G=1，D=1，DPL=3，P=1 TYPE=0x0a
  {
  0x9f, 0xc0f200}
  , // 数据长640K，基址0x0，G=1，D=1，DPL=3，P=1 TYPE=0x02
}
,
/*tss*/
{
  0, PAGE_SIZE + (long) &init_task, 0x10, 0, 0, 0, 0, (long) &pg_dir, // tss
    0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0,
    0, 0, 0x17, 0x17, 0x17, 0x17, 0x17, 0x17, _LDT (0), 0x80000000,
  {
  }
}
,}
extern struct task_struct *task[NR_TASKS]; // 任务数组。
extern struct task_struct *last_task_used_math; // 上一个使用过协处理器的进程。
extern struct task_struct *current; // 当前进程结构指针变量。
extern long volatile jiffies; // 从开机开始算起的滴答数（10ms/滴答）。
extern long startup_time; // 开机时间。从1970:0:0:0 开始计时的秒数。
#define CURRENT_TIME (startup_time+jiffies/HZ) // 当前时间（秒数）。
// 添加定时器函数（定时时间jiffies 滴答数，定时到时调用函数*fn()）。( kernel/sched.c,272)
extern void add_timer (long jiffies, void (*fn) (void));
// 不可中断的等待睡眠。( kernel/sched.c, 151 )
extern void sleep_on (struct task_struct **p);
// 可中断的等待睡眠。( kernel/sched.c, 167 )
extern void interruptible_sleep_on (struct task_struct **p);
// 明确唤醒睡眠的进程。( kernel/sched.c, 188 )
extern void wake_up (struct task_struct **p);
/*
* Entry into gdt where to find first TSS. 0-nul, 1-cs, 2-ds, 3-syscall
* 4-TSS0, 5-LDT0, 6-TSS1 etc ...
*/
/*
* 寻找第1 个TSS 在全局表中的入口。0-没有用nul，1-代码段cs，2-数据段ds，3-系统段syscall
* 4-任务状态段TSS0，5-局部表LTD0，6-任务状态段TSS1，等。
*/
// 全局表中第1 个任务状态段(TSS)描述符的选择符索引号。
#define FIRST_TSS_ENTRY 4
// 全局表中第1 个局部描述符表(LDT)描述符的选择符索引号。
#define FIRST_LDT_ENTRY (FIRST_TSS_ENTRY+1)
// 宏定义，计算在全局表中第n 个任务的TSS 描述符的索引号（选择符）。
#define _TSS(n) ((((unsigned long) n)<<4)+(FIRST_TSS_ENTRY<<3))
// 宏定义，计算在全局表中第n 个任务的LDT 描述符的索引号。
#define _LDT(n) ((((unsigned long) n)<<4)+(FIRST_LDT_ENTRY<<3))
// 宏定义，加载第n 个任务的任务寄存器tr。
#define ltr(n) __asm__( "ltr %%ax":: "a" (_TSS(n)))
// 宏定义，加载第n 个任务的局部描述符表寄存器ldtr。
#define lldt(n) __asm__( "lldt %%ax":: "a" (_LDT(n)))
// 取当前运行任务的任务号（是任务数组中的索引值，与进程号pid 不同）。
// 返回：n - 当前任务号。用于( kernel/traps.c, 79)。
#define str(n)
__asm__( "str %%ax " // 将任务寄存器中TSS 段的有效地址??ax
"subl %2,%%eax " // (eax - FIRST_TSS_ENTRY*8)??eax
  "shrl $4,%%eax" // (eax/16)??eax = 当前任务号。
: "=a" (n):"a" (0), "i" (FIRST_TSS_ENTRY << 3))
/*
* switch_to(n) should switch tasks to task nr n, first
* checking that n isn't the current task, in which case it does nothing.
* This also clears the TS-flag if the task we switched to has used
* tha math co-processor latest.
*/
/*
* switch_to(n)将切换当前任务到任务nr，即n。首先检测任务n 不是当前任务，
* 如果是则什么也不做退出。如果我们切换到的任务最近（上次运行）使用过数学
* 协处理器的话，则还需复位控制寄存器cr0 中的TS 标志。
*/
// 输入：%0 - 新TSS 的偏移地址(*&__tmp.a)； %1 - 存放新TSS 的选择符值(*&__tmp.b)；
// dx - 新任务n 的选择符；ecx - 新任务指针task[n]。
// 其中临时数据结构__tmp 中，a 的值是32 位偏移值，b 为新TSS 的选择符。在任务切换时，a 值
// 没有用（忽略）。在判断新任务上次执行是否使用过协处理器时，是通过将新任务状态段的地址与
// 保存在last_task_used_math 变量中的使用过协处理器的任务状态段的地址进行比较而作出的。
#define switch_to(n) {
struct {long a,b;} __tmp;
__asm__( "cmpl %%ecx,_current " // 任务n 是当前任务吗?(current ==task[n]?)
  "je 1f " // 是，则什么都不做，退出。
  "movw %%dx,%1 " // 将新任务的选择符??*&__tmp.b。
  "xchgl %%ecx,_current " // current = task[n]；ecx = 被切换出的任务。
  "ljmp %0 " // 执行长跳转至*&__tmp，造成任务切换。
// 在任务切换回来后才会继续执行下面的语句。
  "cmpl %%ecx,_last_task_used_math " // 新任务上次使用过协处理器吗？
  "jne 1f " // 没有则跳转，退出。
  "clts " // 新任务上次使用过协处理器，则清cr0 的TS 标志。
  "1:"::"m" (*&__tmp.a), "m" (*&__tmp.b),
  "d" (_TSS (n)), "c" ((long) task[n]));
}
// 页面地址对准。（在内核代码中没有任何地方引用!!）
#define PAGE_ALIGN(n) (((n)+0xfff)&0xfffff000)
// 设置位于地址addr 处描述符中的各基地址字段(基地址是base)，参见列表后说明。
// %0 - 地址addr 偏移2；%1 - 地址addr 偏移4；%2 - 地址addr 偏移7；edx - 基地址base。
#define _set_base(addr,base)
__asm__( "movw %%dx,%0 " // 基址base 低16 位(位15-0)??[addr+2]。
"rorl $16,%%edx " // edx 中基址高16 位(位31-16)??dx。
  "movb %%dl,%1 " // 基址高16 位中的低8 位(位23-16)??[addr+4]。
  "movb %%dh,%2" // 基址高16 位中的高8 位(位31-24)??[addr+7]。
::"m" (*((addr) + 2)), "m" (*((addr) + 4)), "m" (*((addr) + 7)), "d" (base):"dx")
// 设置位于地址addr 处描述符中的段限长字段(段长是limit)。
// %0 - 地址addr；%1 - 地址addr 偏移6 处；edx - 段长值limit。
#define _set_limit(addr,limit)
__asm__( "movw %%dx,%0 " // 段长limit 低16 位(位15-0)??[addr]。
  "rorl $16,%%edx " // edx 中的段长高4 位(位19-16)??dl。
  "movb %1,%%dh " // 取原[addr+6]字节??dh，其中高4 位是些标志。
  "andb $0xf0,%%dh " // 清dh 的低4 位(将存放段长的位19-16)。
  "orb %%dh,%%dl " // 将原高4 位标志和段长的高4 位(位19-16)合成1 字节，
  "movb %%dl,%1" // 并放会[addr+6]处。
::"m" (*(addr)), "m" (*((addr) + 6)), "d" (limit):"dx")
// 设置局部描述符表中ldt 描述符的基地址字段。
#define set_base(ldt,base) _set_base( ((char *)&(ldt)) , base )
// 设置局部描述符表中ldt 描述符的段长字段。
#define set_limit(ldt,limit) _set_limit( ((char *)&(ldt)) , (limit-1)>>12 )
// 从地址addr 处描述符中取段基地址。功能与_set_base()正好相反。
// edx - 存放基地址(__base)；%1 - 地址addr 偏移2；%2 - 地址addr 偏移4；%3 - addr 偏移7。
#define _get_base(addr) ({
unsigned long __base;
__asm__( "movb %3,%%dh " // 取[addr+7]处基址高16 位的高8 位(位31-24)??dh。
  "movb %2,%%dl " // 取[addr+4]处基址高16 位的低8 位(位23-16)??dl。
  "shll $16,%%edx " // 基地址高16 位移到edx 中高16 位处。
  "movw %1,%%dx" // 取[addr+2]处基址低16 位(位15-0)??dx。
:"=d" (__base) // 从而edx 中含有32 位的段基地址。
:"m" (*((addr) + 2)), "m" (*((addr) + 4)), "m" (*((addr) + 7)));
__base;
}
)
// 取局部描述符表中ldt 所指段描述符中的基地址。
#define get_base(ldt) _get_base( ((char *)&(ldt)) )
// 取段选择符segment 的段长值。
// %0 - 存放段长值(字节数)；%1 - 段选择符segment。
#define get_limit(segment) ({
unsigned long __limit;
__asm__( "lsll %1,%0 incl %0": "=r" (__limit): "r" (segment));
__limit;})