原文：http://hosted.cjmovie.net/TutMultitask.htm 翻译：fleurer
恩，打算给你的操作系统实现多任务？可以说，多任务是现代操作系统里面最重要的元素之一──没多任务你没脸见人。只跑Bash的linux也有多任务一说──比如debain下边你可以使用Alt+F1,F2,F3,F4切换虚拟终端。不过话说回来，只有一颗cpu的电脑为什么能同时执行10件任务？
答案就是——不为什么，只不过看着像而已。它们切换的速度非常之快，以至于人可以觉得它们是同时执行的。当然也有双核和多核，不过那就不是本文讨论的范畴了。即使有双核多核，像一台普通的的Windows NT(包括XP)内核机器，没有用户登录、没有程序执行，也有约100条线程同时执行。
我们先列些名词好了：
- 线程 - 进程的一个分子，可以同时执行。比如你玩的一个游戏是个进程，而这个游戏里面的背景音乐、键盘事件、3D绘图则是独立的线程。
- 进程 - 在电脑上运行的一个完整程序，有自己的地址空间（通常使用分页实现）。
- 调度算法 - 选出下一个要执行任务的方法。可以简单如Round Robina，也可以考虑上优先级，使一进程可以优先得到充足的时间片。调度算法与任务切换的实现无关。
- 基于栈的任务切换 - 切换任务的方法之一。按照这个方法，在发生切换时我们把一些信息都"PUSH"到进程的栈里，于是只需要切换一个栈把用到的东西（eax, ebx, ds, es）都POP出来即可。这个方法比基于硬件的切换（这里不作讨论）更快，已经几乎是切换的首选。
- Round Robin - 调度算法的一种，可以选出下一个执行的任务。它的实现很简单：把所有的进程（或线程）列出来放到一个表里，反复轮询之，公平分配时间片。
接下来动手吧。添加多任务，你的OS准备好了吗？我这里选择了最简单的方法（Round Robin，上面有介绍），需要：一个内存管理器（memory manager, 只要物理内存就够了）；正确设置的IDT；PIT（可编程中断定时器，译者注） IRQ的hook；在保护模式之下。
我们首先得有一个结构体来表示每个进程的信息。简单起见，先这样：
typedef struct{ //Simple structure for a thread
unsigned int esp0; //Stack for kernel
unsigned int esp3; //Stack for process
} Thread;
Thread Threads[2]; //Space for our simple threads. Just 2!
int CurrentTask = -1; //The thread currenlty running (-1 == none)
还得有个地方来存放线程信息。不过最好事先搞清楚——这个教程已是尽可能的简化了，我们没有让进程在Ring 3下执行，因为那样一来就得考虑TSS——我不想掉这个大坑。Beyond_Infinity同学在一篇类似的教程里用考虑了这个，如果感兴趣不妨一读。
在考虑创建新任务的方法之前，我先说下如何切换任务。其实很简单。
在收到来自PIC的IRQ时，你的IRQ Handler很可能会通过一个'pusha'或者'pushad'来储存一些寄存器。很好，这就清楚了，你可能使用'popa'或'popad'以相反的顺序重新得到这些寄存器。大约可以像这样：
_irq0:
cli ;Disable interrupts
push 0 ;Push IRQ number
push 0 ;Push dummy error code
jmp IRQ_CommonStub
.. ;Other IRQS are here, similiar to above
IRQ_CommonStub:
pusha ;Push all standard registers
push ds ;Push segment d
push es ;Push segmetn e
push fs ; ''
push gs ; ''
mov eax, 0x10 ;Get kernel data segment
mov ds, eax ;Put it in the data segment registers
mov es, eax
mov fs, eax
mov gs, eax
push esp ;Push pointer to all the stuff we just pushed
call _IRQ_Handler ;Call C code
pop gs ;Put the data segments back
pop fs
pop es
pop ds
popa ;Put the standard registers back
add esp, 8 ;Take the error code and IRQ number off the stack
iret ;Interrupt-Return
考你个问题：这些pop可以将当前栈中的数据装回CPU，如果在这个C函数调用时将栈换掉又会怎样？哈哈~到点子上了。如果这样做，整个CPU的状态就切换了。把上面的代码稍微改下：
_irq0:
;Notice there is no IRQ number or error code - we don't need them
pusha ;Push all standard registers
push ds ;Push segment d
push es ;Push segmetn e
push fs ; ''
push gs ; ''
mov eax, 0x10 ;Get kernel data segment
mov ds, eax ;Put it in the data segment registers
mov es, eax
mov fs, eax
mov gs, eax
push esp ;Push pointer to all the stuff we just pushed
call _TaskSwitch ;Call C code
mov esp, eax ;Replace the stack with what the C code gave us
mov al, 0x20 ;Port number AND command number to Acknowledge IRQ
out al, al ;Acknowledge IRQ, so we keep getting interrupts
pop gs ;Put the data segments back
pop fs
pop es
pop ds
popa ;Put the standard registers back
;We didn't push an error code or IRQ number, so we don't have to edit esp now
iret ;Interrupt-Return
提醒下，你的C代码若返回一个unsigned int，gcc会把它放到eax寄存器里 - 简单漂亮。好，接下来做什么？一半了，是的！
接下来考虑创建新任务。这就意味着我们需要申请内存，并令它的堆栈看起来像是已经push了所有寄存器的状态（这一来在切换栈之后，才能有东西pop）。恩，x86体系结构下栈是向下增长的，你的push也就相当于设置esp指向的dword（双字），随后esp减去4。我们需要在C里模拟出来——万幸，这很简单——搞个unsigned int的指针指向栈顶就行了，然后每次push后都使用 -- 运算符下移。好，就这么创建一个任务：
//This will create a task
//It will make a stack that looks like it has all
//of the stuff of an IRQ handler 'pushed' on it
void CreateTask(int id, void (*thread)()){
unsigned int *stack;
Threads[id].esp0 = AllocPage() + 4096; //This allocates 4kb of memory, then puts the pointer at the end of it
stack = (unsigned int*)Threads[id].esp0; //This makes a pointer to the stack for us
//First, this stuff is pushed by the processor
*--stack = 0x0202; //This is EFLAGS
*--stack = 0x08; //This is CS, our code segment
*--stack = (UINT)thread; //This is EIP
//Next, the stuff pushed by 'pusha'
*--stack = 0; //EDI
*--stack = 0; //ESI
*--stack = 0; //EBP
*--stack = 0; //Just an offset, no value
*--stack = 0; //EBX
*--stack = 0; //EDX
*--stack = 0; //ECX
*--stack = 0; //EAX
//Now these are the data segments pushed by the IRQ handler
*--stack = 0x10; //DS
*--stack = 0x10; //ES
*--stack = 0x10; //FS
*--stack = 0x10; //GS
Threads[id].esp0 = (UINT)stack; //Update the stack pointer
}
好，已经设好了任务，接着切换它们。不过怎样？恩，还记得Round Robin吧，你已经知道了！我们只有两个任务，所以在PIT IRQ被触发时只需要知道在执行的是哪个人物，把栈切换成另一个的。再保存当前ESP到旧任务的结构体里。如下：
//Switch between our two tasks
//Notice how we get the old esp from the ASM code
//It's not a pointer, but we actually get the ESP value
//That way we can save it in our task structure
unsigned int TaskSwitch(unsigned int OldEsp){
if(CurrentTask != -1){ //Were we even running a task?
Threads[CurrenTask].esp0 = OldEsp; //Save the new esp for the thread
//Now switch what task we're on
if(CurrentTask == 0)CurrentTask = 1;
else CurrentTask = 0;
} else{
CurrentTask = 0; //We just started multi-tasking, start with task 0
}
return Threads[CurrentTask].esp0; //Return new stack pointer to ASM
}
随后我们需要由PIT来触发切换任务的asm stub，我假定你已经按照常规将IRQ映射到32-47。如果没，就设置一个IRQ0对应的handler。
extern void irq0(); //Our ASM stub
//This is a very simple function
//All it does is put us in the IDT
void StartMultitasking(){
IdtSetGate(0, (UINT)irq0); //Install us in IDT. We multitask NOW!
}
万事俱备，只剩调用这些函数！方便看执行效果起见，在kernel的主文件（可能是main.c）里面添上这两个函数。
//These are just two simple functions that act as
//'threads' to test our multi-tasker on
//I won't try to explain how they work
//Only that they change colors on two letters of the screen
//Also - they must NEVER return - just make an infinite loop
void ThreadTest1(){
unsigned char* VidMemChar = (unsigned char*)0xB8001;
for(;;)*VidMemChar++;
}
void ThreadTest2(){
unsigned char* VidMemChar = (unsigned char*)0xB8003;
for(;;)*VidMemChar++;
}
以上代码的执行效果是显而易见的。不错，加上执行多任务的代码！把几句放到你的主函数（其它函数也行，能执行就好）里面。
CreateTask(0, ThreadTest1); //Install the first task
CreateTask(1, ThreadTest2); //Install the second task
StartMultitasking(); //Start your multitasking OS!
//We're now multitasking. Celebrate!
差不多，已经可以把你的OS带出单任务的DOS时代了...进入多任务多线程的新时代吧！
你可以接着搞搞...这只是入门而已。简单的Round-Robin算法在很多情况下的效果并不好，不妨看下其他的调度算法，比如Mega Tokyo's OS FAQ中列出来的那些。
还有件事情你可能感兴趣，那就是如何将分页整合进来。大多数操作系统都给每个应用程序一个0开始的虚拟地址空间，并一个用户栈。这一来，你就需要给每个任务添加一个页表目录，随后添加一些push和pop以适应CR3中值的改变。
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