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C++ 实现任务切换并保存当前任务

2023-07-05 04:50:38 深夜i -- --

C++ 任务切换保存当前任务

C++语言是一种非常强大且广泛使用的编程语言，常被用于系统开发以及高性能领域的程序设计。在现代操作系统中，任务切换是一个非常重要的功能，它可以摆脱程序的无限循环，使得多个程序可以轮流运行并共享计算机的资源，从而提高系统的效率以及用户的体验。而在C++语言中，任务切换并保存当前任务也是可以实现的。

实现任务切换的核心是使用一个叫做"上下文"的数据结构，它包含了当前任务的所有寄存器、程序计数器以及其它与任务相关的信息。在C++语言中，可以使用结构体或者类来实现上下文。例如在类中可以这样定义上下文：


class Context {
public:
 uint32_t eax, ebx, ecx, edx;
 uint32_t esi, edi, ebp;
 uint32_t eip, eflags;
 uint8_t* stack_top;
};

其中eax、ebx、ecx、edx、esi、edi、ebp是x86架构中常见的寄存器，eip是程序计数器，eflags用于保存程序运行时的状态标识符，stack_top是该任务的栈顶指针。创建一个上下文对象，就可以在任务切换时保存和恢复任务的上下文。

在任务切换的过程中，需要按照一定的策略来选择下一个需要被调度的任务。最常见的策略是时间片轮转，每个任务被分配一个固定长度的时间片，当时间片用完时，就会被挂起并让下一个任务继续执行。在C++语言中，可以使用队列来存储所有准备就绪的任务，在实现时间片轮转调度算法时，可以使用循环队列（Circular Queue）来轮流选择任务。

下面是一个简单的C++任务切换短代码示例：


#include <iostream>
#include <queue>
using namespace std;
class Task {
public:
 Task(int id) this->id = id;
 void run() cout << "Task " << id << " is running..." << endl;
private:
 int id;
};
queue<Task*> ready_queue;
Task* current_task = nullptr;
void schedule() {
 auto next_task = ready_queue.front();
 ready_queue.pop();
 if (current_task != nullptr) {
  current_task->run();
  ready_queue.push(current_task);
 }
 current_task = next_task;
}
void save_context(Context* context) {
 __asm {
  push eax
  push ebx
  push ecx
  push edx
  push esi
  push edi
  push ebp
  mov [context], esp
  push [current_task]
  mov [context+28], eax
  pop ebp
  pop edi
  pop esi
  pop edx
  pop ecx
  pop ebx
  pop eax
 }
}
void restore_context(Context* context) {
 current_task = context->stack_top[7];
 __asm {
  push [context+24]
  push [context+20]
  push [context+16]
  push [context+12]
  push [context+8]
  push [context+4]
  push [context]
  mov esp, [context]
  ret
 }
}
void task1() {
 Context context;
 save_context(&context);
 for (int i = 0; i < 5; i++) {
  cout << "Task 1 is running(" << i << ")" << endl;
  schedule();
 }
 restore_context(&context);
}
void task2() {
 Context context;
 save_context(&context);
 for (int i = 0; i < 5; i++) {
  cout << "Task 2 is running(" << i << ")" << endl;
  schedule();
 }
 restore_context(&context);
}
int main() {
 Task t1(1);
 Task t2(2);
 ready_queue.push(&t1);
 ready_queue.push(&t2);
 while (!ready_queue.empty()) {
  schedule();
 }
 return 0;
}

该例程中，定义了两个Task类对象，每个任务都被封装成了一个run函数，在实际使用过程中，可以根据实际需求修改。在main函数中，将两个任务对象依次插入到任务队列中，通过循环调用schedule函数实现任务轮流切换。schedule函数首先取出队列中的下一个任务，保存当前任务的上下文，然后调用下一个任务的run函数，当时间片用完时，再将当前任务重新插入到队列的尾部中。save_context和restore_context分别用于保存和恢复任务的上下文，在保存上下文时，需要使用汇编语言来实现，具体的原因是由于C++的调用约定不同于汇编，需要手动调整堆栈状态以及保存寄存器的值。

总的来说，C++语言可以很容易实现任务切换的功能，只需要了解一些汇编语言以及平台特定的操作即可。希望本文的介绍能对大家有所帮助。

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