实现上下文切换 - 第二个函数不再运行

Implementing context switch - 2nd function does not run again

本文关键字:不再 再运行 函数 第二个 上下文切换 实现      更新时间:2023-10-16

我正在尝试在x86-64上使用C++和内联汇编(AT&T(实现上下文切换。
如果我保存并重新加载同一函数的上下文,它似乎可以正常工作。
但是,当我尝试生成函数时,在尝试加载第二个函数上下文后,它给了我使用 GDB 的 seg 错误/损坏堆栈。

例如,它打印
Print1
打印 2
打印 1
//损坏的堆栈和程序停止运行

但是,如果我在重新加载线程 1(第一个函数(之前保存它的上下文,就不会有问题。

例如,它打印打印 1
打印 1 打印
1

我正在为上下文保存和堆栈创建内存空间。保存上下文时,堆栈指针和基指针将保存到结构中。之后,堆栈指针将指向上下文存储器以推送寄存器值。

我想知道是什么原因导致堆栈损坏以及为什么我无法加载第二个函数的上下文。如果可能的话,请帮助我指出代码中的任何错误。谢谢!

#include <stdio.h>
#include <iostream>
#include <vector>
#include <map>
#include <memory>
#include <algorithm>
namespace CORO
{
using ThreadID = unsigned;
static int thread_count;
enum STATE
{
READY,
ACTIVE,
WAITING,
ENDED
};
struct thd_data
{
int parent_ID = 0;
int id = 0;
STATE state = READY;
int * stack_mem;
void * stackptr;
void * stackbp;
void*(*funcptr)(void*);
void * param = nullptr;
int * context_mem;
int * context_sp;
thd_data()
:stack_mem{new int[1024]}, context_mem{new int[1024]} 
{
}
thd_data(const thd_data & rhs)
:stack_mem{new int[1024]}, context_mem{new int[1024]} 
{
}
thd_data & operator=(const thd_data & rhs)
{
}
};
static thd_data* curr_thd;
std::map<int, std::shared_ptr<thd_data>> threadmap;
std::vector<int>activeListID;
// Returns a pointer to next thread
thd_data * FindNextThread()
{
int new_id;
for(const auto & elem : activeListID)
{
if(elem != curr_thd->id)
{
new_id = elem;
break;
}
}
auto threadmap_elem = threadmap.find(new_id);
if(threadmap_elem != threadmap.end())
{
return &(*threadmap_elem->second);
}
else
{
return nullptr;
}
}
void thd_init()
{
threadmap[0] = std::make_shared<thd_data>();
auto main_thd = threadmap.find(0)->second;
main_thd->state = ACTIVE;
main_thd->id = 0;
main_thd->param = nullptr;
main_thd->funcptr = nullptr;
activeListID.push_back(main_thd->id);
curr_thd = &(*main_thd);
}
ThreadID new_thd( void*(*func)(void*), void *param)
{
thread_count += 1; // increment counter
threadmap[thread_count] = std::make_shared<thd_data>();
auto thd = threadmap.find(thread_count)->second;
thd->state = READY;
thd->id = thread_count;
activeListID.push_back(thd->id);
thd->stackptr = thd->stack_mem+1024;
thd->stackbp = thd->stack_mem;
thd->funcptr = func;
thd->param = param;
return thd->id;
}
void thd_yield()
{
// Find the next ready thread
thd_data* thd = FindNextThread();
if(thd == nullptr)
return;
// Move ID to the end of vector
activeListID.erase(std::remove(activeListID.begin(), activeListID.end(), curr_thd->id), activeListID.end());
activeListID.push_back(curr_thd->id);
// Save context
{
asm volatile
(
"movq %%rsp, %0nt" // save stack pointer
"movq %%rbp, %1nt" // save rbp
"movq %3, %%rspnt" // point to context mem then push register values into it
"pushq %%raxnt"
"pushq %%rbxnt"
"pushq %%rcxnt"
"pushq %%rdxnt"
"pushq %%rsint"
"pushq %%rdint"
"pushq %%r8nt"
"pushq %%r9nt"
"pushq %%r10nt"
"pushq %%r11nt"
"pushq %%r12nt"
"pushq %%r13nt"
"pushq %%r14nt"
"pushq %%r15nt"
"pushfqnt"
"movq %%rsp, %2nt" // save rsp into context sp (end of context mem)
"movq %4, %%rspnt" // restore stackptr into rsp
:"+m"(curr_thd->stackptr)   
,"+m"(curr_thd->stackbp)    
,"+m"(curr_thd->context_sp)
:"m"(curr_thd->context_mem) 
,"m"(curr_thd->stackptr)    
:"rsp"
);
}
curr_thd->state = WAITING;
curr_thd = thd;
// Calls function if thread is not running
if(thd->state == READY)
{
thd->state = ACTIVE;
thd->funcptr(thd->param);
}
else
{
// Restore context
{
asm volatile
(
"movq %0, %%rbpnt" // restore stackbp into rbp
"movq %1, %%rspnt" // point to context memory to pop
"popfqnt"
"popq %%r15nt"
"popq %%r14nt"
"popq %%r13nt"
"popq %%r12nt"
"popq %%r11nt"
"popq %%r10nt"
"popq %%r9nt"
"popq %%r8nt"
"popq %%rdint"
"popq %%rsint"
"popq %%rdxnt"
"popq %%rcxnt"
"popq %%rbxnt"
"popq %%raxnt"
"movq %2, %%rspnt" // point to TCB stack pointer
:
:"m"(thd->stackbp)
,"m"(thd->context_sp)
,"m"(thd->stackptr)
:"rsp"
);
}
}
}
} // end namespace
void* print1(void *a)
{
int i;
for(i=0; i< 20; i++)
{
std::cout<<"Print1 i: "<<i<<std::endl;
if((i+1)%4==0)
CORO::thd_yield();
}
return NULL;
}
void* print2(void *a)
{
int i;
for(i=0; i< 20; i++)
{
std::cout<<"Print2 i: "<<i<<std::endl;
if((i+1)%4==0)
CORO::thd_yield();
}
return NULL;
}

int main()
{
CORO::ThreadID id;
CORO::thd_init();
id = CORO::new_thd(print2, NULL);
print1(NULL);
}

首先,当你在写入非早期 clobber 输出后读取输入时,你的第一个 asm 语句会用一个未定义的值覆盖rsp;对于这样的操作,它应该读取输出参数,curr_thd->stackptr不应该是输入参数。

启动新线程时,代码不会切换到新堆栈,而是使用旧线程堆栈。这解释了您的崩溃。

第二个 asm 语句恢复适合离开第一个 asm 语句的寄存器值,但退出时带有适合离开第二个 asm 语句的堆栈状态和指令指针;这会导致未定义的行为。如果以某种方式复制函数,它也将在上下文切换函数的错误副本中。

GCC 内联汇编器不得更改不在输出或 clobber 列表中的寄存器的内容,也不能控制输入一个 asm 语句并保留另一个(在同一线程中(;这样做会导致未定义的行为。因此,保存上下文并恢复它不能是单独的 asm 语句。

应将单个程序集块用于上下文切换。特别是对于上下文切换,最简单的方法是避免内联汇编。