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验证

调度逻辑(队列轮转、入队出队、CpuContext 布局、TaskBuilder 字段)在 host 上镜像着测。test_scheduler.cpp 把 RoundRobin、Scheduler、TaskBuilder、CpuContext 的逻辑在 host 侧重写了一份(不链内核代码,-O2 编、CINUX_HOST_TEST 门控),盯这些:空/满/单任务队列的 pick_next、dequeue 中间项、TaskBuilder 的字段默认值与 null entry 守卫、CpuContext 的 sizeof 和各偏移:

ctest --test-dir build -R scheduler --output-on-failure

真正的 context_switch(真汇编换栈)和真正的任务构造(真 PMM/VMM/Heap 出栈)只能在 QEMU 里验。test_scheduler.cpp 在机内跑一连串场景:TaskBuilder 能造出合法任务(tid 从 1 起、state=Ready、ctx.rip 指向入口、栈非 0——这一项用的是真 PMM/VMM/Heap 建出来的栈),null entry 返回 nullptr,init 注册默认 RoundRobin,RoundRobin 的 enqueue/dequeue/pick_next 轮转与出队中间项,CpuContext 布局(sizeof==64、各 offset);而专门验 context_switch 本身的那一项用的是两个裸 CpuContext + 静态栈缓冲区(不经过 TaskBuilder),纯测汇编换栈能不能让两个上下文来回切、状态在 Ready/Running 间正确流转:

cmake --build build --target run-big-kernel-test

机内会打 [SCHED] Scheduler initialised with RoundRobin class,test section Scheduler/Process Tests (019) 全过、末尾 ALL TESTS PASSED,就说明这套任务/切换/调度在真硬件语义下成立。

最后是生产 demo 本身的现象:直接跑大内核(cmake --build build --target run,或对应 QEMU 目标),串口应该看到 thread_a / thread_b 严格交替的 5 轮、各自一句 done、各自 [SCHED] Task tid=N '...' exited,最后 No more tasks, halting.——交替说明 context_switch 真的把 CPU 在两条流之间递来递去,干净退出说明「栈顶压 exit_current」那条设计是对的。

下一站

到这里,内核第一次有了「多条活着的执行流」。Task 把一条执行流的所有可挂起状态装进 64 字节;context_switch.S 用「存 callee-saved + 换栈 + 跳 rip」在它们之间瞬切;RoundRobin 轮流点名;higher-half 扶正让隔离地基稳了。

但你会发现 019 的痛:它是协作式的。线程要是不主动 yield,它就霸着 CPU 不放——thread_a 如果忘了调 yield,thread_b 永远没机会跑。真实的系统不能指望每个线程都自觉。下一站(020)就治这个:把调度器接到那个已经在跑的时钟中断上,让 irq0 handler 在固定节拍打断当前线程、强制切走——也就是抢占式调度。那会引入新的难题(中断可以在任意指令处发生,不再是干净的函数边界;切走时要保存的现场更重;多个 CPU 各自的当前任务怎么管),于是 020 还会带来 per_cpu 和最基本的同步原语。019 的 Task 和 context_switch 是那一切的地基——地基先稳,上面才好盖。

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参考

• System V AMD64 ABI(x86-psABIs/x86-64-ABI):callee-saved 寄存器约定(rbx、rbp、r12–r15)——CpuContext 只存这 6 个 + rsp/rip 的全部依据;caller-saved 跨调用不保证存活,故无需保存。
• xv6-riscv swtch()(mit-pdos/xv6-riscv):同样的「只存 callee-saved + 换栈 + ret」手法,可对照 Cinux context_switch 的设计。
• Intel SDM Vol.3(本地 document/reference/intel/SDM-Vol3A-*.pdf):通用寄存器集、rip/rsp 如何定义执行流、规范地址(higher-half 的由来),可用 pdf-reader 搜 "general-purpose" / "canonical" 复核。
• 018 章 · 给每个世界一套页表:地址空间:AddressSpace 的「内核半区 PML4[256..511] 共享、用户半区私有」设计——higher-half 收口之所以必要,就是为了对上这个设计。
• 本 tag 源码:process.hpp / process.cpp、context_switch.S、scheduler.hpp / scheduler.cpp、elf_loader.cpp(return saved_entry)、linker.ld(KERNEL_VMA/KERNEL_LMA);测试 test_scheduler.cpp(host 镜像)、test_scheduler.cpp(QEMU 机内)。