基於 DOS 的多任務系統核心實作教學：TCB、排程器、信號量與訊息佇列

系統架構總覽

在 DOS 實模式下，透過攔截 INT 08h（定時器中斷）實作抽佔式多任務核心。核心資料結構：

• TCB（Task Control Block）：儲存堆疊指標（SS:SP）、狀態、名稱、訊息佇列、同步物件。
• semaphore：計數值 + 等待佇列，實作 P/V 操作。
• buffer：固定大小訊息緩衝區，形成自由鏈表與各任務私有佇列。

關鍵模組解析

1. 任務建立與銷毀

int create(char *name, codeptr code, int stck) {
    // 分配堆疊、初始化偽堆疊幀（含 flags=0x200 啟用中斷、返回位址指向 over()）
    // 設定狀態 READY，加入 TCB 陣列
}
void over() { destory(current); swtch(); } // 任務結束自動銷毀

2. 排程器 swtch()

• 非時間片模式：任務主動 yield 或阻塞時切換。
• 時間片模式：INT 08h 新處理常式 new_int8 遞減 timecount，歸零觸發 swtch()。
• 切換過程：保存當前 SS:SP → 尋找下一 READY 任務 → 恢復 SS:SP → iret 返回新任務。

3. 同步原語

void p(semaphore *sem) { disable(); if (--sem->value < 0) block(&sem->wq); enable(); }
void v(semaphore *sem) { disable(); if (++sem->value <= 0) wakeup(&sem->wq); enable(); }

• mutex（初值 1）：互斥鎖。
• sfb（初值 NBUF）：生產者-消費者空槽計數。
• sa/sb（初值 1/0）：雙緩衝區同步。

4. 訊息傳遞

• send(receiver, data, size)：從自由鏈表取 buffer，填入資料，掛入接收者 mq，v(&sm) 喚醒接收者。
• receive(sender, buf)：p(&sm) 等待訊息，從 mq 取出對應 sender 的 buffer，複製資料，歸還 buffer 到自由鏈表，v(&sfb) 釋放空槽。

5. DOS 重入保護

DOS 非重入，核心透過 INDOS 標誌（INT 21h, AH=34h 取得）檢測 DOS 是否忙碌，DosBusy() 回傳非零時延遲任務切換，避免破壞 DOS 內部狀態。

示範場景

1. 兩任務並發輸出（非搶佔/時間片）。
2. 共享變數競態（無互斥/有互斥）。
3. 生產者-消費者同步（信號量/雙緩衝）。
4. 任務間訊息傳遞（固定緩衝區佇列）。

編譯與執行

原始碼針對 Turbo C 2.0，使用 far 指標、interrupt 關鍵字、disable()/enable() 關中斷。現代環境可在 DOSBox 或 FreeDOS 中編譯執行。