什么是用于的内核堆栈?

时间:2015-05-24 03:47:21

标签: process operating-system stack kernel context-switch

以下是我读过进程A和进程B之间的上下文切换的描述。我不明白内核堆栈的用途。假设是每进程内核堆栈。我正在阅读的描述说明了将A的寄存器保存到A的内核堆栈中,并将A的寄存器保存到A的进程结构中。将寄存器保存到内核堆栈和进程结构的重点是什么?为什么需要两者?

  

上下文切换在概念上很简单:操作系统所要做的就是保存   当前正在执行的进程的一些寄存器值(在其上   例如,内核堆栈)并为其恢复一些   即将执行的进程(来自其内核堆栈)。通过这样做,   因此,OS确保最终从陷阱返回指令时   执行,而不是返回正在运行的进程,   系统恢复执行另一个进程......

     

进程A正在运行,然后被定时器中断中断。   硬件将其寄存器(在其内核堆栈上)保存并输入   内核(切换到内核模式)。在定时器中断处理程序中,   操作系统决定从运行进程A切换到进程B.   它,它调用switch()例程,小心地保存当前   注册值(进入A的进程结构),恢复   进程B的寄存器(来自其进程结构条目),然后   切换上下文,特别是通过更改要使用的堆栈指针   B的内核堆栈(而不是A)。最后,操作系统返回陷阱,   它恢复B的寄存器并开始运行它。

2 个答案:

答案 0 :(得分:6)

我对第二段有不同意见。

  

进程A正在运行,然后被定时器中断中断。硬件将其寄存器(在其内核堆栈上)保存并进入内核(切换到内核模式)。

我不知道系统会在中断上保存内核堆栈上的所有寄存器。程序计数器,处理器状态和堆栈指针(假设硬件没有单独的内核模式堆栈指针)。通常,处理器在中断后保存内核堆栈上所需的最小值。然后中断处理程序将保存它想要使用的任何其他寄存器,并在退出之前恢复它们。处理器的RETURN FROM INTERRUPT或EXCEPTION指令然后恢复由中断自动存储的寄存器。

该描述假定过程没有变化。

如果中断句柄决定改变进程,它会保存当前的寄存器状态("进程上下文" - 大多数处理器只有一条指令。在Intel版本中你可能需要使用多个然后执行另一条指令来加载新进程的进程上下文。

要回答标题问题"什么是用于?"的内核堆栈,只要处理器处于内核模式,就会使用它。如果内核没有受到用户访问保护的堆栈,则系统的完整性可能会受到影响。内核堆栈往往非常小。

回答第二个问题,"将寄存器保存到内核堆栈和流程结构以及为什么需要这两个问题到底是什么?"

他们有两个不同的目的。内核堆栈上保存的寄存器用于退出内核模式。上下文处理块保存整个寄存器集以便更改进程。

我认为你的误解来自你的来源的措辞,这表明所有寄存器在进入内核模式时都存储在堆栈中,而不仅仅是进行内核模式切换所需的最小寄存器数量。系统通常只保存返回用户模式所需的内容(并且可以使用相同的信息返回到另一个上下文切换中的原始进程,具体取决于系统)。进程上下文的更改将保存所有寄存器。

编辑回答其他问题:

如果中断处理程序需要使用由中断自动保存的寄存器,则在进入时将它们推送到内核堆栈并在退出时弹出它们。中断处理程序必须显式保存和恢复它使用的任何[通用]寄存器。没有为此处理过程上下文块。

进程上下文块仅作为实际上下文切换的一部分而被更改。

示例:

假设我们有一个带有程序计数器,堆栈指针,处理器状态和16个通用寄存器的处理器(我知道这个系统确实不存在),并且所有模式都使用相同的SP。

  1. 发生中断。
  2. 硬件将PC,SP和PS推送到堆栈,使用内核模式堆栈的地址加载SP,并从中断处理程序(来自处理器的分派表)加载PC。

    1. 调用中断处理程序。
    2. 经纪人的作者决定他要去我们R0-R3。所以处理程序的第一行有:

      Push R0  ; on to the kernel mode stack
      Push R1
      Push R2
      Push R3
      
      1. 中断处理程序可以执行任何操作。

      2. 清理

      3. 中断处理程序的编写者需要这样做:

        Pop R3
        Pop R2
        Pop R1
        Pop R0 
        REI      ; Whatever the system's return from interrupt or exception instruction is.
        
        1. 硬件接管
        2. 从内核模式堆栈中恢复PS,PC和SP,然后继续执行中断之前的位置。

          为了简化,我已经制作了自己的处理器。一些处理器具有可中断的冗长指令(例如,块字符移动)。这些指令通常使用寄存器来维护其上下文。在这样的系统上,处理器必须自动保存用于维护指令内的上下文的任何寄存器。

          中断处理程序不会破坏进程上下文块,除非它正在更改进程。

答案 1 :(得分:-1)

很难就操作系统的工作方式进行一般性的说话,因为它取决于硬件的工作原理。此外,术语不是高度标准化的。

我的猜测是通过'流程结构条目'作家意味着通常所说的“背景”。该过程,包含每个寄存器的副本。中断代码不可能立即将寄存器保存到该结构中,因为它必须使用(并因此修改)寄存器。这就是为什么它必须保存一些寄存器,足以使它能够完成工作,在某个地方立即可用,例如堆栈指针指向的位置,编写器调用内核堆栈'。

根据体系结构的不同,这可能是单个堆栈,也可能是每个进程独立的堆栈。