从零写OS（九）：进程调度，CPU 的分时复用

Wed, 06 May 2026 09:00:00 +0000

到目前为止，内核一直是单线程跑到底——一件事没做完，别的什么都不能干。

这一章让内核同时跑多个进程。每隔一段时间，时钟中断打断当前进程，把 CPU 交给下一个，轮流执行。这就是多任务的核心机制。

上下文是什么

进程被打断之后，下次恢复时要从断点继续执行，不能出错。这意味着必须把 CPU 的状态完整保存下来——这份状态就叫上下文（Context）。

x86-64 ABI 规定了 callee-saved 寄存器（被调用者负责保存的寄存器，C 函数调用约定中，这些寄存器的值在函数调用前后必须保持不变）：rbx、rbp、r12~r15。加上程序指针 rip 和栈指针 rsp，这些就是切换时需要保存和恢复的全部。

typedef struct {
    uint64_t r15, r14, r13, r12;
    uint64_t rbx, rbp;
    uint64_t rip;   // 下次从哪里继续执行
    uint64_t rsp;   // 栈在哪里
} context_t;

每个进程一份 context，切换时：把当前进程的寄存器存入 ctx，再把下一个进程 ctx 里的值写回寄存器——CPU 就"变身"成另一个进程了。

进程结构

#define MAX_PROCS  8
#define STACK_SIZE 8192   // 每个进程 8KB 内核栈

typedef enum {
    PROC_UNUSED = 0,
    PROC_READY,
    PROC_RUNNING,
} proc_state_t;

typedef struct {
    context_t    ctx;
    uint8_t     *stack;
    proc_state_t state;
    uint32_t     pid;
} process_t;

static process_t procs[MAX_PROCS];
static int current_proc = 0;

状态机很简单：UNUSED（槽位空闲）→ READY（等待调度）→ RUNNING（正在跑）→ 被打断后回到 READY。

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