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

04 时钟、内核线程与调度

目标

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。

前置条件

• 中断入口可用。
• 内存分配可用。
• 至少一个 timer 可接入。

建议边界

• kernel/sched/：线程、调度器、等待队列。
• kernel/time/：通用时间与 timer 抽象。
• arch/x86/：具体 timer、上下文切换。

实现内容

• 建立 kernel thread。
• 建立上下文切换。
• 建立 run queue。
• 建立 sleep/wakeup。
• 建立基础 spinlock 或 interrupt-safe lock。
• 接入 timer tick 或 one-shot timer。
• 为 workqueue、deferred work、completion、引用计数生命周期管理预留位置。

非玩具化约束

• 调度器不能直接绑定某一种硬件 timer。
• 线程数量不能固定写死。
• 等待队列要能被驱动、文件系统和进程等待复用。
• 日志只能辅助观察，不能成为调度逻辑的一部分。
• 内核对象不能依赖“永不释放”的假设。
• 任何可睡眠路径和不可睡眠路径要从接口上区分。

验收方式

• 两个以上 kernel thread 能轮转。
• 线程可以 sleep 并被 timer 唤醒。
• 调度现场保存和恢复稳定。
• 基础对象生命周期规则有文档和调用约束。

当前状态

基础完成：

• 已建立 x86 PIC remap，外部 IRQ 使用 vector 32-47，不再和 CPU exception 混用。
• 已接入 PIT periodic timer，当前频率为 100Hz。
• 已建立通用 timer_tick() 入口和 timer_ticks() 计数接口。
• 已在 trap dispatch 中区分 CPU exception 和外部 IRQ。
• 已对 timer IRQ0 发送 EOI，避免中断只触发一次。
• 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。
• 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。
• 已把调度接入 timer_tick()，timer tick 会唤醒到期 sleep 线程并触发 round-robin。
• 已建立 idle thread，所有普通线程 sleep/wait 时由 idle 承接 CPU。
• 已提供 sched_sleep()，线程可以睡眠指定 tick 数并被 timer 唤醒。
• 已提供 wait_queue_init()、wait_queue_sleep()、wait_queue_wake_one() 和 wait_queue_wake_all()。
• 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。

后续扩展：

• 把 IRQ 分发扩展为可注册 handler 的表，而不是只处理 timer。
• 把当前直接在 timer IRQ 内触发调度的路径收敛为更明确的 interrupt-exit reschedule 模型。
• 建立基础 spinlock 或 interrupt-safe lock。
• 为 wait queue 增加条件等待、超时等待和状态检查。
• 为线程退出增加资源回收路径。

下一阶段：

• 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。