刺目的红光,将实验室里每一个人的脸都映照得如同鬼魅。
空气凝固了。
刚刚还因“ABAB”的交替出现而沸腾的喜悦,被这突如其来的“内核恐慌”彻底浇灭,连一丝余温都没有剩下。
如果说之前的“死循环”是陷入泥潭,至少还能看到岸边。
那么此刻的“内核恐慌”,就好像脚下的地面突然消失,整个人坠入了无尽的虚空,连挣扎的方向都找不到。
“不可能……绝对不可能……”
黄建功失神地喃喃自语,他无法接受这个结果。
他的大脑在疯狂运转,一遍又一遍地回放着`task_yield`函数的每一行机器码。
`PUSH {R0-R15, LR}` - 保存所有寄存器到当前堆栈。
`MOV R0, SP` - 获取当前的堆栈指针。
`LDR R1, =current_task_pcb` - 加载当前任务PCB的地址。
`STR R0, [R1, #4]` - 将堆栈指针的值,保存到PCB的特定偏移位置(比如偏移4个字节处)。
……
`LDR R1, =next_task_pcb` - 加载下一个任务PCB的地址。
`LDR R0, [R1, #4]` - 从下一个任务的PCB中,读取它上次保存的堆栈指针。
`MOV SP, R0` - 恢复堆栈指针!
`POP {R0-R15, PC}` - 弹出所有寄存器,并跳转到新任务。
逻辑天衣无缝!
每一个步骤都完美地实现了“上下文切换”的理论!
他确信,自己保存了任务A的堆栈指针,并且在切换到任务B之前,正确地恢复了任务B的堆栈指针。
为什么系统会报告“无效堆半指针”?
难道是……
一个可怕的念头,在黄建功的脑海中闪过。
“快!”他猛地回头,对着硬件组的周老吼道,“周老!查一下‘盘古之心’的硬件手册!关于堆栈指针SP,有没有什么我们不知道的特性!”
周老也是满头大汗,他立刻带着人,冲到另一边堆满资料的桌子前,翻箱倒柜地找了起来。
钱学敏也强迫自己从震惊中冷静下来,她走到黄建功身边,声音干涩地问道:“建功,有没有可能……是两个任务,用了同一个堆栈?”
黄建功浑身一震。
他猛地看向钱学敏,眼神中充满了惊疑。
“你的意思是……”
“你想想,”钱学敏的思路像一道闪电,划破了混乱的局面,“我们创建了任务A和任务B。但是,我们好像……忘了给它们各自指定一块独立的内存,作为它们自己的堆栈空间!”
黄建功的脸色,瞬间变得惨白。
他明白了。
他彻底明白了!
这是一个如此巨大,却又如此隐蔽的,思想上的钢印!
在他们的潜意识里,在过去所有的编程经验里,一个程序,永远只有一个堆栈!
整个系统,从头到尾,都共享着那块由系统在启动时分配好的,唯一的堆栈内存。
所以,当他们设计“天枢”内核时,尽管他们天才般地想到了要为每个任务保存寄存器、程序计数器等“上下文”。
但他们,却完完全全,彻彻底底地,忽略了最重要的一样东西!
堆栈!
每个任务,都应该有自己独立的,互不干扰的堆栈空间!
而他们做了什么?
他们让任务A和任务B,共用了同一个堆栈!
黄建功的脑海中,瞬间浮现出灾难发生的全过程。
1. 系统启动,分配了一个全局堆栈。
2. 任务A开始运行,它调用了一些函数,在堆栈里压入了一些自己的数据,比如局部变量、返回地址。
3. 任务A调用`system_yield()`,触发任务切换。
4. “天枢”内核执行,将任务A的寄存器(包括那个指向公共堆栈的SP指针)保存到任务A的PCB里。
5. 内核切换到任务B。
6. 任务B开始运行。它也调用了函数,它也需要在堆栈里压入数据。但是!它使用的,是和任务A完全相同的那个堆栈!
7. 于是,任务B的数据,就把任务A之前存放在堆栈里的数据,给覆盖了!冲掉了!
灾难,在这一刻就已经注定。
8. 任务B运行了一会儿,也调用了`system_yield()`。
9. 内核再次切换,轮到任务A运行。
10. 内核从任务A的PCB里,恢复了任务A所有的寄存器,包括那个SP指针。
11. 任务A从上次暂停的地方继续执行。它准备从堆栈里弹出自己之前存入的返回地址,准备返回上一个函数。
12. 但是,它满心欢喜地去堆栈里取数据时,却发现,那个位置的数据,早已不是它当初存放的返回地址,而是被任务B写入的一堆乱七八糟的垃圾数据!
当CPU试图将这串垃圾数据当作一个地址,进行跳转时……
“内核恐慌”,爆发了。
CPU发现这个地址根本不对劲,是个无效地址,它不知道该跳到哪里去。这种最底层的、无法挽救的错误,直接触发了硬件层面的保护机制,整个系统崩溃,报告“无效堆栈指针”。
“噗通。”
黄建功一屁股坐在了地上。
他的眼神空洞,冷汗顺着额角,一滴一滴地落在地上。
不是代码写错了。
不是硬件有问题。
是他们的思想,从根子上就错了。
他们以为给每个任务发了一件“外衣”(PCB),就能让它们分清彼此。
他们却忘了,这些任务,还光着脚,踩在同一片泥地(堆栈)里,互相踩踏,把彼此弄得满身是泥,最终一起摔倒。
“原来是这样……”
“原来是这样……”
实验室里,听懂了钱学敏解释的专家们,一个个都露出了恍然大悟,继而痛苦万分的神情。
这个错误,太低级了。
低级到让他们感到羞辱。
他们这群被誉为国家大脑的天才,竟然犯下了如此一个常识性的,逻辑上的致命错误。
这比代码写错更让人难以接受。
因为这代表着,他们的思维,还停留在“单任务”的旧时代。他们还没有真正建立起“多任务”环境下的,最基本的世界观。
老师给了他们“交通警察”的启示。
他们也造出了“警察”。
但他们却忘了给马路划上行车线。
“我的错……这是我的错……”黄建功痛苦地用拳头捶打着地面,“我在设计PCB结构的时候,为什么就没想到要加一个‘堆栈指针’的字段!为什么!”
他陷入了深深的自责。
那个被他引以为傲的,厚达百页的设计规范,在这一刻,变成了一个巨大的笑话。
“这不怪你,建功。”钱学敏把他从地上拉了起来,她的声音带着一丝颤抖,但更多的是一种劫后余生的清醒,“我们都没想到。我们所有人的思想,都被过去几十年的经验给禁锢住了。这是一个思想上的钢印,太深了。”
是啊。
思想上的钢死。
这才是最可怕的敌人。
聂老总默默地听完了全程,他没有说一句责备的话。
他走到黄建功身边,拍了拍他的肩膀。
“现在,知道问题出在哪里了。是好事。”
他的声音不大,却像一剂镇定剂,让混乱的实验室重新安定下来。
“失败,是成功之母嘛。我们搞科研的,哪有不失败的。”
“现在,不是追究责任的时候。”
“是解决问题的时候。”
“告诉我,下一步,该怎么做?”
黄建功抬起头,他通红的眼睛里,重新凝聚起光芒。
羞辱、自责、痛苦……这些情绪,被他强行压了下去。
取而代之的,是解决问题的决心。
“很简单!”他咬着牙,一字一句道。
“第一!修改《天枢内核V0.1设计规范》,在PCB的数据结构里,增加一个字段,用来保存每个任务独立的堆栈指针!”
“第二!修改`task_create()`函数。在创建新任务时,除了分配PCB空间,还要为这个任务,在内存中,单独开辟一块区域,作为它的私有堆栈!”
“第三!修改`task_yield()`函数!在任务切换时,我们不但要保存和恢复通用寄存器,更要切换堆栈指针SP!让CPU在任务A运行时,使用任务A的堆栈;在任务B运行时,使用任务B的堆栈!”
“让它们,从此以后,走上各自的阳关道!”
他的话,掷地有声。
一个全新的,更加完善的,真正意义上的多任务内核模型,在他脑中瞬间成型。
这一次,他们不仅有了“交通警察”,还为马路,划上了清晰的“行车线”。
“好!”聂老总重重点头,“需要多长时间?”
黄建功看了一眼墙上的时钟。
“不用三天!”
“给我二十四个小时!”
“二十四小时后,我要让‘盘古之心’,真正地,活过来!”