Ⅰ. 태스크, 멀티태스킹, 성능 향상

1. 태스크, 콘텍스트, 스택

• 태스크 : 프로세서 관점에서 개별적으로 수행할 수 있는 작업이다. (개별적으로 처리하다는 의미는 태스크마다 프로세서 상태가 독립적이다라는 의미이다.)
• 콘텍스트 : 실행 중인 프로세서의 상태로, 모든 레지스터를 저장하고 있다.
• 각 태스크마다 개별적인 콘텍스트만 보장한다면, 여러 개의 태스크를 동시에 실행해도 서로 간섭 없이 처리할 수 있다.
  • 하지만, 콘텍스트를 개별적으로 할당하는 것만으로는 부족하다.
  • 아무리 독립적인 콘텍스트를 보장해도, 스택이 구분되지 않으면 다른 태스크로 인해 스택의 내용이 변경되어 문제가 발생한다.
• 태스크에 의존적인 정보를 저장하는 콘텍스트나 스택과 달리, 코드와 데이터는 쓰임에 따라 공통으로 사용할 수 있다.

2. 멀티 태스킹과 성능 향상

• 멀티태스킹: 여러 개의 태스크를 동시에 실행하는 기능을 말한다.
• 프로세서( Processor ) : 패키지 형태로 출시된 칩(Chip)을 의미한다.
• 코어( Core ): 프로세서에 들어있는 CPU를 의미한다.
• 싱글 코어 프로세서는 프로세서당 코어가 하나씩 존재했던 과거의 프로세서를 의미하며, 멀티 코어 프로세서는 프로세서당 2개 이상의 코어가 존재하는 현대 프로세서를 말한다.

Ⅱ. 태스크 제어 블록과 태스크 전환 구현

1. 태스크 제어 블록 정의

• 태스크 제어 블록 ( TCB, Task Control Block )

  • 태스크의 종합적인 정보가 들어있는 자료구조이다.
  • 코드와 데이터, 콘텍스트와 스택, 태스크를 구분하는 ID와 기타 속성 값을 관리한다.

• 생성된 태스크와 TCB는 반드시 하나씩만 연결되어야 한다.

• TCB 자료구조 정의

  • 콘텍스트: 프로세서의 상태로, 레지스터를 저장하는 자료구조이다.
  • 인터럽트와 예외 처리에서 저장하는 것과 같은 방식으로, 총 24개의 레지스터를 저장한다.

  // 태스크의 상태를 관리하는 자료구조
  typedef struct kTaskControlBlcokStruct
  {
  		// 콘텍스트
  		CONTEXT stContext;
  		
  		// ID와 플래그
  		QWORD qwID;
  		QWORD qwFlags;
  
  		// 스택의 어드레스와 크기
  		void* pvStackAddress;
  		QWORD qwStackSize;
  } TCB;
  

• 콘텍스트 자료구조와 레지스터 오프셋 매크로

  • IA-32e 모드에서는 레지스터의 크기가 8byte이므로 8*24크기의 배열로 공간을 할당한다.

  // SS, RSP, RFLAGS, CS, RIP + ISR에서 저장하는 19개의 레지스터
  // 인터럽트나 예외 발생시, 프로세서가 저장하는 5개의 레지스터
  #define TASK_REGISTERCOUNT     ( 5 + 19 )
  #define TASK_REGISTERSIZE       8
  
  // Context 자료구조의 레지스터 오프셋
  #define TASK_GSOFFSET           0
  #define TASK_FSOFFSET           1
  #define TASK_ESOFFSET           2
  #define TASK_DSOFFSET           3
  #define TASK_R15OFFSET          4
  #define TASK_R14OFFSET          5
  #define TASK_R13OFFSET          6
  #define TASK_R12OFFSET          7
  #define TASK_R11OFFSET          8
  #define TASK_R10OFFSET          9
  #define TASK_R9OFFSET           10
  #define TASK_R8OFFSET           11
  #define TASK_RSIOFFSET          12
  #define TASK_RDIOFFSET          13
  #define TASK_RDXOFFSET          14
  #define TASK_RCXOFFSET          15
  #define TASK_RBXOFFSET          16
  #define TASK_RAXOFFSET          17
  #define TASK_RBPOFFSET          18
  #define TASK_RIPOFFSET          19
  #define TASK_CSOFFSET           20
  #define TASK_RFLAGSOFFSET       21
  #define TASK_RSPOFFSET          22
  #define TASK_SSOFFSET           23
  
  // 콘텍스트에 관련된 자료구조
  typedef struct kContextStruct{
  	QWORD vqRegister[ TASK_REGISTERCOUNT ];
  } CONTEXT;
  

2. 태스크 생성 처리

• 태스크 생성
  • 태스크의 코드, 데이터, 스택을 할당하고 해당 정보가 존재하는 TCB를 생성한다.