2.8.3 任务切换
任务切换是任务处理的始端，通常是对任务的地址空间、栈、寄存器等资源进行切换，它涉及到机器的底层，几乎全部由汇编指令完成。任务切换的效率，直接影响到系统的调度延迟，并且，并且与寄存器的使用情况有关。在XtratuM移植过程中，由于笔者就被该问题困扰，因此在这段内容详细介绍一下任务切换，或者是域切换。
正如前面所述，每一个域有一个域控制块(DCB，Domain Control Block)，它保存者域的基本信息，为了清晰的对域进行了解，让我们首先看看域控制块的定义。
typedef struct domain_struct {
// Supervisor stack
unsigned long *sstack; /* HARDCODED, don't change it */
// Domain's page directory
unsigned long pd; /* HARDCODED, don't change it */
unsigned long *sstack_st;
char *name;
int id;
unsigned int priority;
unsigned long flags;
event_handling_t *events;
unsigned long events_user_addr;
time_inf_t time;
unsigned long *heap;
mm_page_t *mm_page_list;
struct domain_struct *prev, *next;
} domain_t;
结构体中，与任务切换的变量有两个，一个是sstack，另外一个是pd，从作者的注释中或许你能够想到它们的重要性。下面就详细讲解这两个变量，以及它们在任务切换中所扮演的角色。一个域具有两个很特别的属性，一个是页表，页表是用来保存获取内存物理地址的信息，并且从2.5节已经讲述了虚拟内存到物理内存的三级映射机制，读者应该清楚CR3这一关键寄存器，它保存了最高级页
表的物理地址，因此，对于每一个域，都要准备一个保存该数据的区域，而PD参数恰好就是用来保存这个最高级的页表的物理地址的。域的另外一个特别属性是栈空间，它是程序运行中数据的存储区域。栈空间的访问是从高地址到低地址，但是内存的分配是从低地址到高地址，sstack_st和sstack就分别用来保存这两个数值。sstack始终指向栈顶，但是，其值是动态变化的，而sstack_st指向栈对应内存的地址，是静态的。了解了这一点后，下面将根据XtratuM的代码讲述任务的切换过程。
#define PAGE_OFFSET_STR "0xC0000000"
#define CHANGE_DOMAIN(new_domain, current_domain) /
__asm__ __volatile__("movl (%%ebx), %%edx/n/t" /；将current_domain的DCB地址放入edx寄存器
"pushl $1f/n/t" /；将标记‘1’处地址放入栈中
"movl %%esp, (%%edx)/n/t" /；将当前的esp放入current_domain的DCB的第一个变量里面，即sstack里面
"movl (%%ecx), %%esp/n/t" /；将new_domain的DCB的第一个变量的值放入esp里面，即将sstack值放入esp，完成栈切换
"movl 4(%%ecx), %%eax/n/t" /；将new_domain的DCB的第二个变量的值放入eax里面，即pd值放入eax里面
"subl $"PAGE_OFFSET_STR", %%eax/n/t" /；将eax的值减去0xC0000000，从而获取内存物理地址，低效？
"movl %%eax, %%cr3/n/t" /；将PD对应的物理地址放入CR3寄存器，完成页表切换，
"movl %%ecx, (%%ebx)/n/t" /；将new_current域的DCB地址放入current_domain变量
"ret/n/t" /；跳转，由"pushl $1f"可以判断跳转到‘1’处，但是是new_domain空间的‘1’标记处
"1:/n/t" : :"c" (new_domain), /
"b" (current_domain))
#define domain_context_switch(new_domain, current_domain) /
PUSH_REGISTERS(); /
PUSH_FP(); /
CHANGE_DOMAIN(new_domain, current_domain); /
POP_FP(); /
POP_REGISTERS();
任务切换从domain_context_switch(new_domain, current_domain)这个宏开始，其中，new_domain是指向新域DCB的指针，而（*current_domain）则是指
向当前域DCB的指针，注意，current_domain是一个指向指针的指针。前面两个PUSH是用来保存通用寄存器和浮点运算相关寄存器，这里不过多介绍。下面是CHANGE_DOMAIN宏，首先，它将new_domain的值放入ecx寄存器，而current_domain的值放入ebx寄存器，系统继续执行。由上面的注释可以很清晰的看清系统的执行和切换过程，但是CHANGE_DOMAIN()仅仅是切换了页表和栈，对于寄存器的内容恢复还没有完成，而标记为‘1’的地方又恰好是POP_*操作，因此当两个POP_*操作完成后，整个任务切换也就完成了。但是由于现在依然是在内核态，所以还没有进入新任务的执行空间，当系统从内核态跳出时，才是真正进入新任务的执行空间。
有的读者可能注意到，只有当任务被切换出去的时候，才会有保存寄存器的PUSH_*操作，那么如果是一个新任务呢？在XtratuM中，系统的加载是通过wrapper程序进行的，也就是当任务首次被调度时，先进入一个wrapper程序，并且程序的真正入口地址__main()是作为wrapper的参数的。因此，现在的问题就变成了系统如何进入wrapper，并且将新域的入口函数地址传递给wrapper，并且还有绕过POP_*操作。在XtratuM系统中，认为的改变了pushl 1f操作，从上面的分析中可以知道，CHANGE_DOMAIN最后调用ret的时候将会跳到‘1’的地址出，现在就是人工设置，域在加载的时候，将__main，0，wrapper地址分别放在新建域的栈中：
#define init_sstack(stack, __main, wrapper) {/
*--(stack) = (unsigned long) __main; /
*--(stack) = (unsigned long) 0; /
*--(stack) = (unsigned long) wrapper; /
}
通过这种方式，当完成栈和页表切换后，系统继续执行RET操作，将会使wrapper和0分别被送入IP和CS寄存器。那么__main作为参数则被传递给wrapper，但是，问题在于系统传递参数的方式，如果是用栈的话，这样没有问题，但是如果是用寄存器，这里将会有问题。移植中，在高版本的Linux系统中，就是通过寄存器。为了满足这种需求，在移植过程中，我们对CHANGE_DOMAIN做了下面的修改，这里就不叙述详细原因了，可以参考系统调用一节内容。
#define CHANGE_DOMAIN(new_domain, current_domain) /
__asm__ __volatile__("movl (%%ebx), %%edx/n/t" /
"pushl $1f/n/t" /
"movl %%esp, (%%edx)/n/t" /
"movl (%%ecx), %%esp/n/t" /
"movl 4(%%ecx), %%eax/n/t" /
"subl $"PAGE_OFFSET_STR", %%eax/n/t" /
"movl %%eax, %%cr3/n/t" /
"movl %%ecx, (%%ebx)/n/t" /
"movl 8(%%esp), (%%eax)/n/t" /
"ret/n/t" /
"1:/n/t" : :"c" (new_domain), /
"b" (current_domain))