muxOS 开发日志（三）—— 进程

1.1 什么是进程？

进程是操作系统中的一个核心概念，它代表了计算机中程序的一次执行过程。在操作系统中，进程是资源分配和调度的基本单位，是程序的实体。进程不仅包含程序代码，还包括正在执行的活动，如程序计数器的值和处理器寄存器的内容。

1.2 进程的数据结构

context_t — 寄存器上下文

字段	类型	偏移	说明
esp	uint32_t	+0	内核栈指针（pusha 帧顶 或 C 栈帧）
ebp	uint32_t	+4	用户栈顶（用户进程）/ 基址指针
ebx	uint32_t	+8	callee-saved
esi	uint32_t	+12	callee-saved
edi	uint32_t	+16	callee-saved

process_t — 进程控制块（sizeof = 40）

字段	类型	偏移	说明
pid	uint32_t	+0	进程 ID，0 = kernel_main
ctx	context_t	+4	寄存器上下文（20字节）
state	uint32_t	+24	进程状态（1 = 运行）
started	uint32_t	+28	是否已首次运行（0=未启动，1=已启动）
kernel_stack	uint32_t	+32	内核栈顶地址
sleep_ticks	uint32_t	+36	剩余睡眠 tick 数，0 = 可调度

1.3 介绍

进程初始化时，首先初始化一个运行的、已启动的、pid为0的进程。随即创建一个内核态进程执行 task_kernel_init 函数。

MuxOS 目前采用时间片轮转调度，计时器每 tick 执行一次 irq0_stub。当执行 irq0_stub 时：

1. 首先，会保存当前所有的寄存器数据（pusha）
2. 随即向 PIC 发送 EOI
3. 保存当前执行的进程索引后执行 process_tick

process_tick 首先会递减所有进程的 sleep_ticks，并获取第一个未休眠的进程索引。

当符合以下情况时，不会执行下一个进程（返回 -1）：

• 所有进程都不可运行（全部在睡眠或只有 pid=0）
• 下一个可运行进程就是当前进程

进程切换逻辑

1. 保存旧进程的 esp 到 processes[old].ctx.esp
2. 如果新进程 started=0，标记为 started=1
3. 切换 esp 到新进程的内核栈
4. 如果返回用户态（CS RPL=3），恢复用户段寄存器
5. popa 恢复寄存器，iret 返回到新进程

在 muxOS 中，提供了一些基础函数用来操作进程：

void process_schedule();              // 主动调度函数（内核进程让出CPU时使用，非IRQ0路径）
int  process_tick();                  // IRQ0中断调用的调度核心：递减sleep_ticks，返回下一个可运行进程索引（-1表示不切换）
void process_create_kernel(void (*entry)());  // 创建内核态进程（ring 0），构造初始pusha+iret帧
void process_create_user(void (*entry)());    // 创建用户态进程（ring 3），分配代码页/用户栈/内核栈
void process_register_current();      // 将kernel_main注册为pid=0的进程（系统启动时调用一次）
void start_user_process(int pid);     // 通过enter_usermode直接启动指定用户进程（设置TSS并跳转到ring 3）
void process_sleep(uint32_t ticks);   // 设置当前进程的sleep_ticks，下次调度时会被跳过
void process_exit();                  // 终止当前进程：从进程表删除，通过process_jump跳到下一个进程
int  process_fork(uint32_t child_eax_ret);  // fork当前进程：复制代码/栈/内核栈，返回子进程pid（子进程中返回0）

关于进程的介绍，请参考 加载进程 - OSDev 维基