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# 04 时钟、内核线程与调度
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## 目标
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建立 kernel 内部并发执行能力，为驱动等待、异步 I/O、进程和用户态做准备。
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## 前置条件
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- 中断入口可用。
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- 内存分配可用。
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- 至少一个 timer 可接入。
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## 建议边界
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- `kernel/sched/`：线程、调度器、等待队列。
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- `kernel/time/`：通用时间与 timer 抽象。
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- `arch/x86/`：具体 timer、上下文切换。
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## 实现内容
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- 建立 kernel thread。
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- 建立上下文切换。
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- 建立 run queue。
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- 建立 sleep/wakeup。
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- 建立基础 spinlock 或 interrupt-safe lock。
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- 接入 timer tick 或 one-shot timer。
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- 为 workqueue、deferred work、completion、引用计数生命周期管理预留位置。
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## 非玩具化约束
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- 调度器不能直接绑定某一种硬件 timer。
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- 线程数量不能固定写死。
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- 等待队列要能被驱动、文件系统和进程等待复用。
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- 日志只能辅助观察，不能成为调度逻辑的一部分。
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- 内核对象不能依赖“永不释放”的假设。
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- 任何可睡眠路径和不可睡眠路径要从接口上区分。
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## 验收方式
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- 两个以上 kernel thread 能轮转。
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- 线程可以 sleep 并被 timer 唤醒。
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- 调度现场保存和恢复稳定。
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- 基础对象生命周期规则有文档和调用约束。
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## 当前状态
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基础完成：
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- 已建立 x86 PIC remap，外部 IRQ 使用 vector 32-47，不再和 CPU exception 混用。
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- 已接入 PIT periodic timer，当前频率为 100Hz。
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- 已建立通用 `timer_tick()` 入口和 `timer_ticks()` 计数接口。
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- 已在 trap dispatch 中区分 CPU exception 和外部 IRQ。
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- 已建立 IRQ handler 注册表，timer IRQ0 通过 `irq_register()` 接入分发路径。
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- 已对已处理 IRQ 发送 EOI，避免中断只触发一次。
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- 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。
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- 已建立动态 run queue，不固定写死线程数量。
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- 已能通过 `kernel_thread_create()` 动态分配线程对象和内核栈。
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- 已建立 x86 上下文切换入口，保存/恢复 callee-saved 寄存器和栈指针。
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- 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。
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- 已建立协作式 round-robin，两个 kernel thread 能通过 `sched_yield()` 轮转运行。
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- 已把调度接入 `timer_tick()`，timer tick 会唤醒到期 sleep 线程并标记 `need_resched`。
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- 已建立 idle thread，所有普通线程 sleep/wait 时由 idle 承接 CPU。
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- 已提供 `sched_sleep()`，线程可以睡眠指定 tick 数并被 timer 唤醒。
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- 已提供 `wait_queue_init()`、`wait_queue_sleep()`、`wait_queue_wake_one()` 和 `wait_queue_wake_all()`。
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- 已建立单 CPU interrupt-safe lock 基础，当前 `spin_lock_irqsave()` 会保存并关闭中断，`spin_unlock_irqrestore()` 会恢复原中断状态。
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- 已把 `kernel_thread_create()` 中的线程 id 分配和 run queue 入队纳入 interrupt-safe lock 保护。
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- 已建立 `sched_irq_exit()`，timer IRQ 只设置 `need_resched`，trap 的 IRQ 返回边界统一消费调度请求。
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- 已建立最小 DEAD 线程回收路径，调度前会释放非当前 DEAD 线程的内核栈和线程对象。
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- `scripts/check.sh` 已验证 `timer initialized`、`timer tick=1/2/3`、`scheduler initialized`、`kernel thread selftest ok`、timer 驱动线程轮转、`sched_sleep()` 和 wait queue wakeup。
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后续扩展：
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- 把当前 `sched_irq_exit()` 继续收敛为更严格的 trap-frame aware interrupt-exit reschedule 模型，避免把普通线程栈切换入口长期当成完整抢占式切换。
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- 继续扩大 interrupt-safe lock 覆盖范围，明确可睡眠路径和不可睡眠路径的锁规则。
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- 为 wait queue 增加条件等待、超时等待和状态检查。
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- 为线程退出增加更完整的生命周期状态、引用规则和最终释放约束。
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下一阶段：
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- 继续在 `04-time-scheduler.md` 内推进 interrupt-safe lock、线程退出回收和更严格的 interrupt-exit reschedule。
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