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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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