feat(sched): add x86 context switch and round-robin scheduling

arch/x86/include/arch/switch.h

@@ -0,0 +1,8 @@
+#ifndef ARCH_X86_SWITCH_H
+#define ARCH_X86_SWITCH_H
+
+#include <stdint.h>
+
+void arch_context_switch(uintptr_t *prev_sp, uintptr_t next_sp);
+
+#endif

arch/x86/kernel/Makefile

@@ -8,4 +8,5 @@ ARCH_KERNEL_SRCS := \
 ARCH_KERNEL_OBJS := \
 	$(BUILD_DIR)/arch/kernel/entry.o \
 	$(BUILD_DIR)/arch/kernel/exception_entry.o \
+	$(BUILD_DIR)/arch/kernel/switch.o \
 	$(patsubst $(ARCH_DIR)/kernel/%.c,$(BUILD_DIR)/arch/kernel/%.o,$(ARCH_KERNEL_SRCS))

arch/x86/kernel/switch.S

@@ -0,0 +1,22 @@
+.section .text
+
+.global arch_context_switch
+.type arch_context_switch, @function
+arch_context_switch:
+	pushq %rbp
+	pushq %rbx
+	pushq %r12
+	pushq %r13
+	pushq %r14
+	pushq %r15
+
+	movq %rsp, (%rdi)
+	movq %rsi, %rsp
+
+	popq %r15
+	popq %r14
+	popq %r13
+	popq %r12
+	popq %rbx
+	popq %rbp
+	ret

docs/agents/tasks/04-time-scheduler.md

@@ -54,15 +54,17 @@
 - 已建立最小 kernel thread 对象，包含 id、状态、入口、参数、内核栈和 run queue 链接。
 - 已建立动态 run queue，不固定写死线程数量。
 - 已能通过 `kernel_thread_create()` 动态分配线程对象和内核栈。
-- `scripts/check.sh` 已验证 `timer initialized`、`timer tick=1/2/3`、`scheduler initialized` 和 `kernel thread selftest ok`。
+- 已建立 x86 上下文切换入口，保存/恢复 callee-saved 寄存器和栈指针。
+- 已建立线程 trampoline，新线程能从独立内核栈进入自己的入口函数。
+- 已建立协作式 round-robin，两个 kernel thread 能通过 `sched_yield()` 轮转运行。
+- `scripts/check.sh` 已验证 `timer initialized`、`timer tick=1/2/3`、`scheduler initialized`、`kernel thread selftest ok` 和 `thread 1/2` 轮转日志。
 
 后续扩展：
 
 - 把 IRQ 分发扩展为可注册 handler 的表，而不是只处理 timer。
-- 建立上下文切换入口。
-- 建立 run queue 和最小 round-robin scheduler。
+- 把协作式调度接入 timer tick，演进为抢占式调度。
 - 建立 `yield()`、`sleep()`、timer wakeup 和 wait queue。
 
 下一阶段：
 
-- 继续在 `04-time-scheduler.md` 内推进上下文切换入口和最小 round-robin scheduler。
+- 继续在 `04-time-scheduler.md` 内推进 timer 驱动的抢占式调度、`sleep()` 和 wait queue。

docs/agents/tasks/README.md

@@ -28,7 +28,7 @@
 | `01-early-debug.md` | 基础完成 | 已有 early log 前端、QEMU debug port、COM1 串口和最小 `panic()`。 |
 | `02-cpu-interrupts.md` | 基础完成 | 已有 GDT/TSS/IDT、exception vector 0-31、`trap_frame` 和 invalid opcode 回归测试。 |
 | `03-memory.md` | 基础完成 | 已有最小物理页 allocator、页表 map/unmap/query、page fault 诊断和内核堆。 |
-| `04-time-scheduler.md` | 进行中 | 已有 PIT timer interrupt、通用 tick 计数、kernel thread 对象、内核栈和 run queue 基础；上下文切换、调度和等待队列未完成。 |
+| `04-time-scheduler.md` | 进行中 | 已有 PIT timer interrupt、通用 tick 计数、kernel thread、内核栈、上下文切换和协作式 round-robin；抢占式调度和等待队列未完成。 |
 | `05-input-events.md` | 未开始 | 需要输入事件模型和键盘接入。 |
 | `06-storage-vfs.md` | 未开始 | 需要块层、缓存、VFS 和基础文件系统。 |
 | `07-user-mode.md` | 未开始 | 需要 syscall、进程、用户地址空间和 ELF 加载。 |
@@ -36,7 +36,7 @@
 | `09-driver-expansion.md` | 未开始 | 需要设备模型、PCI/ACPI、存储、网络等驱动扩展。 |
 | `10-real-machine.md` | 未开始 | 需要 U 盘真机启动验证和硬件差异记录。 |
 
-当前最合适的下一步仍在 `04-time-scheduler.md` 内：引入上下文切换入口，再做最小 round-robin 调度循环。
+当前最合适的下一步仍在 `04-time-scheduler.md` 内：把调度接入 timer tick，演进到抢占式调度，然后做 `sleep()` 和 wait queue。
 
 ## Linux 级能力缺口路由
 

docs/roadmap.md

@@ -25,6 +25,7 @@
 - 内核堆基础：已提供 `kmalloc/kfree`，并接入启动 selftest。
 - timer 基础：已接入 x86 PIC/PIT，timer IRQ 能进入通用 tick 入口。
 - kernel thread 基础：已建立线程对象、内核栈和 run queue。
+- 调度基础：已建立 x86 上下文切换入口和协作式 round-robin。
 - 构建系统已拆成根 Makefile、`arch/x86/Makefile` 和目录 Makefile。
 - `scripts/check.sh` 已验证启动日志、串口日志和 invalid opcode 异常路径，GitHub Actions 已接入。
 - `.clang-format` 已用于强制当前 C 代码风格。
@@ -44,7 +45,8 @@
 
 目标：
 
-- 建立上下文切换入口和最小 round-robin 调度循环。
+- 把调度接入 timer tick，演进到抢占式调度。
+- 建立 `sleep()`、timer wakeup 和 wait queue。
 
 ## 任务路由
 

include/tianole/sched.h

@@ -16,6 +16,7 @@ enum thread_state {
 struct thread {
 	uint64_t id;
 	enum thread_state state;
+	uintptr_t stack_pointer;
 	kernel_thread_entry_t entry;
 	void *arg;
 	void *stack_base;
@@ -28,5 +29,7 @@ struct thread {
 void sched_init(void);
 struct thread *kernel_thread_create(
 	const char *name, kernel_thread_entry_t entry, void *arg);
+void sched_start(void) __attribute__((noreturn));
+void sched_yield(void);
 
 #endif

kernel/main.c

@@ -24,7 +24,5 @@ void kernel_main(const boot_info_t *boot_info)
 	*(volatile uint64_t *)(uintptr_t)0xffffff1000000000ull = 1;
 #endif
 
-	for (;;) {
-		__asm__ volatile("hlt");
-	}
+	sched_start();
 }

kernel/sched/thread.c

@@ -1,6 +1,8 @@
 #include <stddef.h>
 #include <stdint.h>
 
+#include <arch/switch.h>
+
 #include <tianole/early_log.h>
 #include <tianole/mm.h>
 #include <tianole/sched.h>
@@ -10,9 +12,13 @@
 
 static struct thread *run_queue_head;
 static struct thread *run_queue_tail;
+static struct thread *current_thread;
+static uintptr_t boot_stack_pointer;
 static uint64_t next_thread_id = 1;
 static int scheduler_ready;
 
+static void thread_trampoline(void) __attribute__((noreturn));
+
 static uintptr_t align_down_uintptr(uintptr_t value, uintptr_t alignment)
 {
 	return value & ~(alignment - 1);
@@ -50,6 +56,22 @@ static void enqueue_thread(struct thread *thread)
 	run_queue_tail = thread;
 }
 
+static uintptr_t prepare_initial_stack(uintptr_t stack_top)
+{
+	uintptr_t *stack = (uintptr_t *)stack_top;
+
+	*--stack = 0;
+	*--stack = (uintptr_t)thread_trampoline;
+	*--stack = 0;
+	*--stack = 0;
+	*--stack = 0;
+	*--stack = 0;
+	*--stack = 0;
+	*--stack = 0;
+
+	return (uintptr_t)stack;
+}
+
 struct thread *kernel_thread_create(
 	const char *name, kernel_thread_entry_t entry, void *arg)
 {
@@ -78,6 +100,7 @@ struct thread *kernel_thread_create(
 	thread->entry = entry;
 	thread->arg = arg;
 	thread->stack_top = align_down_uintptr(stack_top, STACK_ALIGNMENT);
+	thread->stack_pointer = prepare_initial_stack(thread->stack_top);
 	thread->stack_size = KERNEL_STACK_SIZE;
 	thread->next = 0;
 	copy_thread_name(thread->name, sizeof(thread->name), name);
@@ -87,6 +110,74 @@ struct thread *kernel_thread_create(
 	return thread;
 }
 
+static struct thread *next_runnable_thread(void)
+{
+	struct thread *start;
+	struct thread *thread;
+
+	if (current_thread == 0 || current_thread->next == 0) {
+		start = run_queue_head;
+	} else {
+		start = current_thread->next;
+	}
+
+	thread = start;
+	while (thread != 0) {
+		if (thread->state == THREAD_READY) {
+			return thread;
+		}
+		thread = thread->next;
+	}
+
+	for (thread = run_queue_head; thread != start; thread = thread->next) {
+		if (thread->state == THREAD_READY) {
+			return thread;
+		}
+	}
+
+	return 0;
+}
+
+void sched_yield(void)
+{
+	struct thread *prev = current_thread;
+	struct thread *next = next_runnable_thread();
+
+	if (next == 0 || next == prev) {
+		return;
+	}
+
+	if (prev != 0 && prev->state == THREAD_RUNNING) {
+		prev->state = THREAD_READY;
+	}
+
+	next->state = THREAD_RUNNING;
+	current_thread = next;
+
+	if (prev == 0) {
+		arch_context_switch(&boot_stack_pointer, next->stack_pointer);
+		return;
+	}
+
+	arch_context_switch(&prev->stack_pointer, next->stack_pointer);
+}
+
+static void thread_trampoline(void)
+{
+	struct thread *thread = current_thread;
+
+	if (thread == 0 || thread->entry == 0) {
+		panic("kernel thread entered without entry");
+	}
+
+	thread->entry(thread->arg);
+	thread->state = THREAD_DEAD;
+
+	for (;;) {
+		sched_yield();
+	}
+}
+
 static void thread_selftest_entry(void *arg)
 {
 	(void)arg;
@@ -121,6 +212,21 @@ static void scheduler_selftest(void)
 	early_log_puts("kernel thread selftest ok\n");
 }
 
+static void scheduler_demo_entry(void *arg)
+{
+	uint64_t id = (uint64_t)(uintptr_t)arg;
+	uint64_t step;
+
+	for (step = 1; step <= 3; step++) {
+		early_log_puts("thread ");
+		early_log_u64_decimal(id);
+		early_log_puts(" step=");
+		early_log_u64_decimal(step);
+		early_log_puts("\n");
+		sched_yield();
+	}
+}
+
 void sched_init(void)
 {
 	if (scheduler_ready != 0) {
@@ -134,3 +240,20 @@ void sched_init(void)
 	early_log_puts("scheduler initialized\n");
 	scheduler_selftest();
 }
+
+void sched_start(void)
+{
+	struct thread *first = kernel_thread_create(
+		"round-robin-a", scheduler_demo_entry, (void *)(uintptr_t)1);
+	struct thread *second = kernel_thread_create(
+		"round-robin-b", scheduler_demo_entry, (void *)(uintptr_t)2);
+
+	if (first == 0 || second == 0) {
+		panic("scheduler demo thread creation failed");
+	}
+
+	early_log_puts("scheduler starting\n");
+	sched_yield();
+
+	panic("scheduler returned to boot context");
+}

scripts/checks/boot.sh

@@ -26,6 +26,13 @@ check_lines build/debug.log \
 	"scheduler initialized" \
 	"kernel thread selftest ok" \
 	"timer initialized" \
+	"scheduler starting" \
+	"thread 1 step=1" \
+	"thread 2 step=1" \
+	"thread 1 step=2" \
+	"thread 2 step=2" \
+	"thread 1 step=3" \
+	"thread 2 step=3" \
 	"timer tick=1" \
 	"timer tick=2" \
 	"timer tick=3"
@@ -46,6 +53,13 @@ check_lines build/serial.log \
 	"scheduler initialized" \
 	"kernel thread selftest ok" \
 	"timer initialized" \
+	"scheduler starting" \
+	"thread 1 step=1" \
+	"thread 2 step=1" \
+	"thread 1 step=2" \
+	"thread 2 step=2" \
+	"thread 1 step=3" \
+	"thread 2 step=3" \
 	"timer tick=1" \
 	"timer tick=2" \
 	"timer tick=3"