sched.c

带中文注释的Linux+0.11+源代码

/*
 * linux/kernel/sched.c
 *
 * (C) 1991 Linus Torvalds
 */

/*
 * 'sched.c' is the main kernel file. It contains scheduling primitives
 * (sleep_on, wakeup, schedule etc) as well as a number of simple system
 * call functions (type getpid(), which just extracts a field from
 * current-task
 */
/*
 * 'sched.c'是主要的内核文件。其中包括有关调度的基本函数(sleep_on、wakeup、schedule 等)以及
 * 一些简单的系统调用函数（比如getpid()，仅从当前任务中获取一个字段）。
 */
#include <linux/sched.h>	// 调度程序头文件。定义了任务结构task_struct、第1 个初始任务
// 的数据。还有一些以宏的形式定义的有关描述符参数设置和获取的
// 嵌入式汇编函数程序。
#include <linux/kernel.h>	// 内核头文件。含有一些内核常用函数的原形定义。
#include <linux/sys.h>		// 系统调用头文件。含有72 个系统调用C 函数处理程序,以'sys_'开头。
#include <linux/fdreg.h>	// 软驱头文件。含有软盘控制器参数的一些定义。
#include <asm/system.h>		// 系统头文件。定义了设置或修改描述符/中断门等的嵌入式汇编宏。
#include <asm/io.h>		// io 头文件。定义硬件端口输入/输出宏汇编语句。
#include <asm/segment.h>	// 段操作头文件。定义了有关段寄存器操作的嵌入式汇编函数。

#include <signal.h>		// 信号头文件。定义信号符号常量，sigaction 结构，操作函数原型。

#define _S(nr) (1<<((nr)-1))	// 取信号nr 在信号位图中对应位的二进制数值。信号编号1-32。
// 比如信号5 的位图数值 = 1<<(5-1) = 16 = 00010000b。
#define _BLOCKABLE (~(_S(SIGKILL) | _S(SIGSTOP)))	// 除了SIGKILL 和SIGSTOP 信号以外其它都是
// 可阻塞的(…10111111111011111111b)。

// 显示任务号nr 的进程号、进程状态和内核堆栈空闲字节数（大约）。
void
show_task (int nr, struct task_struct *p)
{
  int i, j = 4096 - sizeof (struct task_struct);

  printk ("%d: pid=%d, state=%d, ", nr, p->pid, p->state);
  i = 0;
  while (i < j && !((char *) (p + 1))[i])	// 检测指定任务数据结构以后等于0 的字节数。
    i++;
  printk ("%d (of %d) chars free in kernel stack\n\r", i, j);
}

// 显示所有任务的任务号、进程号、进程状态和内核堆栈空闲字节数（大约）。
void
show_stat (void)
{
  int i;

  for (i = 0; i < NR_TASKS; i++)	// NR_TASKS 是系统能容纳的最大进程（任务）数量（64 个），
    if (task[i])		// 定义在include/kernel/sched.h 第4 行。
      show_task (i, task[i]);
}

// 定义每个时间片的滴答数?。
#define LATCH (1193180/HZ)

extern void mem_use (void);	// [??]没有任何地方定义和引用该函数。

extern int timer_interrupt (void);	// 时钟中断处理程序(kernel/system_call.s,176)。
extern int system_call (void);	// 系统调用中断处理程序(kernel/system_call.s,80)。

union task_union
{				// 定义任务联合(任务结构成员和stack 字符数组程序成员)。
  struct task_struct task;	// 因为一个任务数据结构与其堆栈放在同一内存页中，所以
  char stack[PAGE_SIZE];	// 从堆栈段寄存器ss 可以获得其数据段选择符。
};

static union task_union init_task = { INIT_TASK, };	// 定义初始任务的数据(sched.h 中)。

long volatile jiffies = 0;	// 从开机开始算起的滴答数时间值（10ms/滴答）。
// 前面的限定符volatile，英文解释是易变、不稳定的意思。这里是要求gcc 不要对该变量进行优化
// 处理，也不要挪动位置，因为也许别的程序会来修改它的值。
long startup_time = 0;		// 开机时间。从1970:0:0:0 开始计时的秒数。
struct task_struct *current = &(init_task.task);	// 当前任务指针（初始化为初始任务）。
struct task_struct *last_task_used_math = NULL;	// 使用过协处理器任务的指针。

struct task_struct *task[NR_TASKS] = { &(init_task.task), };	// 定义任务指针数组。

long user_stack[PAGE_SIZE >> 2];	// 定义系统堆栈指针，4K。指针指在最后一项。

// 该结构用于设置堆栈ss:esp（数据段选择符，指针），见head.s，第23 行。
struct
{
  long *a;
  short b;
}
stack_start =
{
&user_stack[PAGE_SIZE >> 2], 0x10};

/*
 * 'math_state_restore()' saves the current math information in the
 * old math state array, and gets the new ones from the current task
 */
/*
 * 将当前协处理器内容保存到老协处理器状态数组中，并将当前任务的协处理器
 * 内容加载进协处理器。
 */
// 当任务被调度交换过以后，该函数用以保存原任务的协处理器状态（上下文）并恢复新调度进来的
// 当前任务的协处理器执行状态。
void
math_state_restore ()
{
  if (last_task_used_math == current)	// 如果任务没变则返回(上一个任务就是当前任务)。
    return;			// 这里所指的"上一个任务"是刚被交换出去的任务。
  __asm__ ("fwait");		// 在发送协处理器命令之前要先发WAIT 指令。
  if (last_task_used_math)
    {				// 如果上个任务使用了协处理器，则保存其状态。
      __asm__ ("fnsave %0"::"m" (last_task_used_math->tss.i387));
    }
  last_task_used_math = current;	// 现在，last_task_used_math 指向当前任务，
  // 以备当前任务被交换出去时使用。
  if (current->used_math)
    {				// 如果当前任务用过协处理器，则恢复其状态。
      __asm__ ("frstor %0"::"m" (current->tss.i387));
    }
  else
    {				// 否则的话说明是第一次使用，
      __asm__ ("fninit"::);	// 于是就向协处理器发初始化命令，
      current->used_math = 1;	// 并设置使用了协处理器标志。
    }
}

/*
 * 'schedule()' is the scheduler function. This is GOOD CODE! There
 * probably won't be any reason to change this, as it should work well
 * in all circumstances (ie gives IO-bound processes good response etc).
 * The one thing you might take a look at is the signal-handler code here.
 *
 * NOTE!! Task 0 is the 'idle' task, which gets called when no other
 * tasks can run. It can not be killed, and it cannot sleep. The 'state'
 * information in task[0] is never used.
 */
/*
 * 'schedule()'是调度函数。这是个很好的代码！没有任何理由对它进行修改，因为它可以在所有的
 * 环境下工作（比如能够对IO-边界处理很好的响应等）。只有一件事值得留意，那就是这里的信号
 * 处理代码。
 * 注意！！任务0 是个闲置('idle')任务，只有当没有其它任务可以运行时才调用它。它不能被杀
 * 死，也不能睡眠。任务0 中的状态信息'state'是从来不用的。
 */
void
schedule (void)
{
  int i, next, c;
  struct task_struct **p;	// 任务结构指针的指针。

  /* check alarm, wake up any interruptible tasks that have got a signal */
  /* 检测alarm（进程的报警定时值），唤醒任何已得到信号的可中断任务 */

  // 从任务数组中最后一个任务开始检测alarm。
  for (p = &LAST_TASK; p > &FIRST_TASK; --p)
    if (*p)
      {
	// 如果任务的alarm 时间已经过期(alarm<jiffies),则在信号位图中置SIGALRM 信号，然后清alarm。
	// jiffies 是系统从开机开始算起的滴答数（10ms/滴答）。定义在sched.h 第139 行。
	if ((*p)->alarm && (*p)->alarm < jiffies)
	  {
	    (*p)->signal |= (1 << (SIGALRM - 1));
	    (*p)->alarm = 0;
	  }
	// 如果信号位图中除被阻塞的信号外还有其它信号，并且任务处于可中断状态，则置任务为就绪状态。
	// 其中'~(_BLOCKABLE & (*p)->blocked)'用于忽略被阻塞的信号，但SIGKILL 和SIGSTOP 不能被阻塞。
	if (((*p)->signal & ~(_BLOCKABLE & (*p)->blocked)) &&
	    (*p)->state == TASK_INTERRUPTIBLE)
	  (*p)->state = TASK_RUNNING;	//置为就绪（可执行）状态。
      }

  /* this is the scheduler proper: */
  /* 这里是调度程序的主要部分 */

  while (1)
    {
      c = -1;
      next = 0;
      i = NR_TASKS;
      p = &task[NR_TASKS];
      // 这段代码也是从任务数组的最后一个任务开始循环处理，并跳过不含任务的数组槽。比较每个就绪
      // 状态任务的counter（任务运行时间的递减滴答计数）值，哪一个值大，运行时间还不长，next 就
      // 指向哪个的任务号。
      while (--i)
	{
	  if (!*--p)
	    continue;
	  if ((*p)->state == TASK_RUNNING && (*p)->counter > c)
	    c = (*p)->counter, next = i;
	}
      // 如果比较得出有counter 值大于0 的结果，则退出124 行开始的循环，执行任务切换（141 行）。
      if (c)
	break;
      // 否则就根据每个任务的优先权值，更新每一个任务的counter 值，然后回到125 行重新比较。
      // counter 值的计算方式为counter = counter /2 + priority。[右边counter=0??]
      for (p = &LAST_TASK; p > &FIRST_TASK; --p)
	if (*p)
	  (*p)->counter = ((*p)->counter >> 1) + (*p)->priority;
    }
  switch_to (next);		// 切换到任务号为next 的任务，并运行之。
}

//// pause()系统调用。转换当前任务的状态为可中断的等待状态，并重新调度。
// 该系统调用将导致进程进入睡眠状态，直到收到一个信号。该信号用于终止进程或者使进程调用
// 一个信号捕获函数。只有当捕获了一个信号，并且信号捕获处理函数返回，pause()才会返回。
// 此时pause()返回值应该是-1，并且errno 被置为EINTR。这里还没有完全实现（直到0.95 版）。
int
sys_pause (void)
{
  current->state = TASK_INTERRUPTIBLE;
  schedule ();
  return 0;
}

// 把当前任务置为不可中断的等待状态，并让睡眠队列头的指针指向当前任务。
// 只有明确地唤醒时才会返回。该函数提供了进程与中断处理程序之间的同步机制。
// 函数参数*p 是放置等待任务的队列头指针。（参见列表后的说明）。
void
sleep_on (struct task_struct **p)
{
  struct task_struct *tmp;

  // 若指针无效，则退出。（指针所指的对象可以是NULL，但指针本身不会为0)。
  if (!p)
    return;
  if (current == &(init_task.task))	// 如果当前任务是任务0，则死机(impossible!)。
    panic ("task[0] trying to sleep");
  tmp = *p;			// 让tmp 指向已经在等待队列上的任务(如果有的话)。
  *p = current;			// 将睡眠队列头的等待指针指向当前任务。
  current->state = TASK_UNINTERRUPTIBLE;	// 将当前任务置为不可中断的等待状态。
  schedule ();			// 重新调度。
  // 只有当这个等待任务被唤醒时，调度程序才又返回到这里，则表示进程已被明确地唤醒。
  // 既然大家都在等待同样的资源，那么在资源可用时，就有必要唤醒所有等待该资源的进程。该函数
  // 嵌套调用，也会嵌套唤醒所有等待该资源的进程。然后系统会根据这些进程的优先条件，重新调度
  // 应该由哪个进程首先使用资源。也即让这些进程竞争上岗。
  if (tmp)			// 若还存在等待的任务，则也将其置为就绪状态（唤醒）。
    tmp->state = 0;
}

// 将当前任务置为可中断的等待状态，并放入*p 指定的等待队列中。参见列表后对sleep_on()的说明。
void
interruptible_sleep_on (struct task_struct **p)
{
  struct task_struct *tmp;

  if (!p)
    return;
  if (current == &(init_task.task))
    panic ("task[0] trying to sleep");
  tmp = *p;
  *p = current;
repeat:current->state = TASK_INTERRUPTIBLE;
  schedule ();
  // 如果等待队列中还有等待任务，并且队列头指针所指向的任务不是当前任务时，则将该等待任务置为
  // 可运行的就绪状态，并重新执行调度程序。当指针*p 所指向的不是当前任务时，表示在当前任务被放
  // 入队列后，又有新的任务被插入等待队列中，因此，既然本任务是可中断的，就应该首先执行所有
  // 其它的等待任务。
  if (*p && *p != current)
    {
      (**p).state = 0;
      goto repeat;
    }
  // 下面一句代码有误，应该是*p = tmp，让队列头指针指向其余等待任务，否则在当前任务之前插入
  // 等待队列的任务均被抹掉了。参见图4.3。
  *p = NULL;
  if (tmp)
    tmp->state = 0;
}

// 唤醒指定任务*p。
void
wake_up (struct task_struct **p)
{
  if (p && *p)
    {
      (**p).state = 0;		// 置为就绪（可运行）状态。
      *p = NULL;
    }
}

/*
 * OK, here are some floppy things that shouldn't be in the kernel
 * proper. They are here because the floppy needs a timer, and this
 * was the easiest way of doing it.
 */
/*
 * 好了，从这里开始是一些有关软盘的子程序，本不应该放在内核的主要部分中的。将它们放在这里
 * 是因为软驱需要一个时钟，而放在这里是最方便的办法。
 */
static struct task_struct *wait_motor[4] = { NULL, NULL, NULL, NULL };
static int mon_timer[4] = { 0, 0, 0, 0 };
static int moff_timer[4] = { 0, 0, 0, 0 };
unsigned char current_DOR = 0x0C;	// 数字输出寄存器(初值：允许DMA 和请求中断、启动FDC)。