lunaix-os/kernel/process/sched.c

   1 #include <arch/x86/interrupts.h>
   2 #include <arch/x86/tss.h>
   3
   4 #include <hal/apic.h>
   5 #include <hal/cpu.h>
   6
   7 #include <lunaix/fs/taskfs.h>
   8 #include <lunaix/mm/cake.h>
   9 #include <lunaix/mm/mmap.h>
  10 #include <lunaix/mm/pmm.h>
  11 #include <lunaix/mm/valloc.h>
  12 #include <lunaix/mm/vmm.h>
  13 #include <lunaix/process.h>
  14 #include <lunaix/sched.h>
  15 #include <lunaix/signal.h>
  16 #include <lunaix/spike.h>
  17 #include <lunaix/status.h>
  18 #include <lunaix/syscall.h>
  19 #include <lunaix/syslog.h>
  20
  21 #include <klibc/string.h>
  22
  23 volatile struct proc_info* __current;
  24
  25 static struct proc_info dummy_proc;
  26
  27 struct proc_info dummy;
  28
  29 struct scheduler sched_ctx;
  30
  31 struct cake_pile* proc_pile;
  32
  33 LOG_MODULE("SCHED")
  34
  35 void
  36 sched_init_dummy();
  37
  38 void
  39 sched_init()
  40 {
  41     proc_pile = cake_new_pile("proc", sizeof(struct proc_info), 1, 0);
  42     cake_set_constructor(proc_pile, cake_ctor_zeroing);
  43
  44     sched_ctx = (struct scheduler){ ._procs = vzalloc(PROC_TABLE_SIZE),
  45                                     .ptable_len = 0,
  46                                     .procs_index = 0 };
  47
  48     // TODO initialize dummy_proc
  49     sched_init_dummy();
  50 }
  51
  52 #define DUMMY_STACK_SIZE 2048
  53
  54 void
  55 sched_init_dummy()
  56 {
  57     // This surely need to be simplified or encapsulated!
  58     // It is a living nightmare!
  59
  60     extern void my_dummy();
  61     static char dummy_stack[DUMMY_STACK_SIZE] __attribute__((aligned(16)));
  62
  63     // memset to 0
  64     dummy_proc = (struct proc_info){};
  65     dummy_proc.intr_ctx = (isr_param){
  66         .registers = { .ds = KDATA_SEG,
  67                        .es = KDATA_SEG,
  68                        .fs = KDATA_SEG,
  69                        .gs = KDATA_SEG,
  70                        .esp = (void*)dummy_stack + DUMMY_STACK_SIZE - 20 },
  71         .cs = KCODE_SEG,
  72         .eip = (void*)my_dummy,
  73         .ss = KDATA_SEG,
  74         .eflags = cpu_reflags() | 0x0200
  75     };
  76
  77     *(u32_t*)(&dummy_stack[DUMMY_STACK_SIZE - 4]) = dummy_proc.intr_ctx.eflags;
  78     *(u32_t*)(&dummy_stack[DUMMY_STACK_SIZE - 8]) = KCODE_SEG;
  79     *(u32_t*)(&dummy_stack[DUMMY_STACK_SIZE - 12]) = dummy_proc.intr_ctx.eip;
  80
  81     dummy_proc.page_table = cpu_rcr3();
  82     dummy_proc.state = PS_READY;
  83     dummy_proc.parent = &dummy_proc;
  84     dummy_proc.pid = KERNEL_PID;
  85
  86     __current = &dummy_proc;
  87 }
  88
  89 void
  90 run(struct proc_info* proc)
  91 {
  92     proc->state = PS_RUNNING;
  93
  94     /*
  95         将tss.esp0设置为上次调度前的esp值。
  96         当处理信号时，上下文信息是不会恢复的，而是保存在用户栈中，然后直接跳转进位于用户空间的sig_wrapper进行
  97           信号的处理。当用户自定义的信号处理函数返回时，sigreturn的系统调用才开始进行上下文的恢复（或者说是进行
  98           另一次调度。
  99         由于这中间没有进行地址空间的交换，所以第二次跳转使用的是同一个内核栈，而之前默认tss.esp0的值是永远指向最顶部
 100         这样一来就有可能会覆盖更早的上下文信息（比如嵌套的信号捕获函数）
 101     */
 102     tss_update_esp(proc->intr_ctx.registers.esp);
 103
 104     apic_done_servicing();
 105
 106     asm volatile("pushl %0\n"
 107                  "jmp switch_to\n" ::"r"(proc)
 108                  : "memory"); // kernel/asm/x86/interrupt.S
 109 }
 110
 111 int
 112 can_schedule(struct proc_info* proc)
 113 {
 114     if (__SIGTEST(proc->sig_pending, _SIGCONT)) {
 115         __SIGCLEAR(proc->sig_pending, _SIGSTOP);
 116     } else if (__SIGTEST(proc->sig_pending, _SIGSTOP)) {
 117         // 如果进程受到SIGSTOP，则该进程不给予调度。
 118         return 0;
 119     }
 120
 121     return 1;
 122 }
 123
 124 void
 125 check_sleepers()
 126 {
 127     struct proc_info* leader = sched_ctx._procs[0];
 128     struct proc_info *pos, *n;
 129     time_t now = clock_systime();
 130     llist_for_each(pos, n, &leader->sleep.sleepers, sleep.sleepers)
 131     {
 132         if (PROC_TERMINATED(pos->state)) {
 133             goto del;
 134         }
 135
 136         time_t wtime = pos->sleep.wakeup_time;
 137         time_t atime = pos->sleep.alarm_time;
 138
 139         if (wtime && now >= wtime) {
 140             pos->sleep.wakeup_time = 0;
 141             pos->state = PS_READY;
 142         }
 143
 144         if (atime && now >= atime) {
 145             pos->sleep.alarm_time = 0;
 146             __SIGSET(pos->sig_pending, _SIGALRM);
 147         }
 148
 149         if (!wtime && !atime) {
 150         del:
 151             llist_delete(&pos->sleep.sleepers);
 152         }
 153     }
 154 }
 155
 156 void
 157 schedule()
 158 {
 159     if (!sched_ctx.ptable_len) {
 160         return;
 161     }
 162
 163     // 上下文切换相当的敏感！我们不希望任何的中断打乱栈的顺序……
 164     cpu_disable_interrupt();
 165     struct proc_info* next;
 166     int prev_ptr = sched_ctx.procs_index;
 167     int ptr = prev_ptr;
 168
 169     if (!(__current->state & ~PS_RUNNING)) {
 170         __current->state = PS_READY;
 171     }
 172
 173     check_sleepers();
 174
 175     // round-robin scheduler
 176 redo:
 177     do {
 178         ptr = (ptr + 1) % sched_ctx.ptable_len;
 179         next = sched_ctx._procs[ptr];
 180     } while (!next || (next->state != PS_READY && ptr != prev_ptr));
 181
 182     sched_ctx.procs_index = ptr;
 183
 184     if (next->state != PS_READY) {
 185         // schedule the dummy process if we're out of choice
 186         next = &dummy_proc;
 187         goto done;
 188     }
 189
 190     if (!can_schedule(next)) {
 191         // 如果该进程不给予调度，则尝试重新选择
 192         goto redo;
 193     }
 194
 195 done:
 196     run(next);
 197 }
 198
 199 void
 200 sched_yieldk()
 201 {
 202     cpu_enable_interrupt();
 203     cpu_int(LUNAIX_SCHED);
 204 }
 205
 206 __DEFINE_LXSYSCALL1(unsigned int, sleep, unsigned int, seconds)
 207 {
 208     if (!seconds) {
 209         return 0;
 210     }
 211
 212     if (__current->sleep.wakeup_time) {
 213         return (__current->sleep.wakeup_time - clock_systime()) / 1000U;
 214     }
 215
 216     struct proc_info* root_proc = sched_ctx._procs[0];
 217     __current->sleep.wakeup_time = clock_systime() + seconds * 1000;
 218     llist_append(&root_proc->sleep.sleepers, &__current->sleep.sleepers);
 219
 220     __current->intr_ctx.registers.eax = seconds;
 221
 222     block_current();
 223     schedule();
 224 }
 225
 226 __DEFINE_LXSYSCALL1(unsigned int, alarm, unsigned int, seconds)
 227 {
 228     time_t prev_ddl = __current->sleep.alarm_time;
 229     time_t now = clock_systime();
 230
 231     __current->sleep.alarm_time = seconds ? now + seconds * 1000 : 0;
 232
 233     struct proc_info* root_proc = sched_ctx._procs[0];
 234     if (llist_empty(&__current->sleep.sleepers)) {
 235         llist_append(&root_proc->sleep.sleepers, &__current->sleep.sleepers);
 236     }
 237
 238     return prev_ddl ? (prev_ddl - now) / 1000 : 0;
 239 }
 240
 241 __DEFINE_LXSYSCALL1(void, exit, int, status)
 242 {
 243     terminate_proc(status);
 244     schedule();
 245 }
 246
 247 __DEFINE_LXSYSCALL(void, yield)
 248 {
 249     schedule();
 250 }
 251
 252 pid_t
 253 _wait(pid_t wpid, int* status, int options);
 254
 255 __DEFINE_LXSYSCALL1(pid_t, wait, int*, status)
 256 {
 257     return _wait(-1, status, 0);
 258 }
 259
 260 __DEFINE_LXSYSCALL3(pid_t, waitpid, pid_t, pid, int*, status, int, options)
 261 {
 262     return _wait(pid, status, options);
 263 }
 264
 265 __DEFINE_LXSYSCALL(int, geterrno)
 266 {
 267     return __current->k_status;
 268 }
 269
 270 pid_t
 271 _wait(pid_t wpid, int* status, int options)
 272 {
 273     pid_t cur = __current->pid;
 274     int status_flags = 0;
 275     struct proc_info *proc, *n;
 276     if (llist_empty(&__current->children)) {
 277         return -1;
 278     }
 279
 280     wpid = wpid ? wpid : -__current->pgid;
 281 repeat:
 282     llist_for_each(proc, n, &__current->children, siblings)
 283     {
 284         if (!~wpid || proc->pid == wpid || proc->pgid == -wpid) {
 285             if (proc->state == PS_TERMNAT && !options) {
 286                 status_flags |= PEXITTERM;
 287                 goto done;
 288             }
 289             if (proc->state == PS_READY && (options & WUNTRACED)) {
 290                 status_flags |= PEXITSTOP;
 291                 goto done;
 292             }
 293         }
 294     }
 295     if ((options & WNOHANG)) {
 296         return 0;
 297     }
 298     // 放弃当前的运行机会
 299     sched_yieldk();
 300     goto repeat;
 301
 302 done:
 303     status_flags |= PEXITSIG * (proc->sig_inprogress != 0);
 304     if (status) {
 305         *status = proc->exit_code | status_flags;
 306     }
 307     return destroy_process(proc->pid);
 308 }
 309
 310 struct proc_info*
 311 alloc_process()
 312 {
 313     pid_t i = 0;
 314     for (; i < sched_ctx.ptable_len && sched_ctx._procs[i]; i++)
 315         ;
 316
 317     if (i == MAX_PROCESS) {
 318         panick("Panic in Ponyville shimmer!");
 319     }
 320
 321     if (i == sched_ctx.ptable_len) {
 322         sched_ctx.ptable_len++;
 323     }
 324
 325     struct proc_info* proc = cake_grab(proc_pile);
 326
 327     proc->state = PS_CREATED;
 328     proc->pid = i;
 329     proc->mm.pid = i;
 330     proc->created = clock_systime();
 331     proc->pgid = proc->pid;
 332     proc->fdtable = vzalloc(sizeof(struct v_fdtable));
 333     proc->fxstate =
 334       vzalloc_dma(512); // FXSAVE需要十六位对齐地址，使用DMA块（128位对齐）
 335
 336     llist_init_head(&proc->mm.regions);
 337     llist_init_head(&proc->tasks);
 338     llist_init_head(&proc->children);
 339     llist_init_head(&proc->grp_member);
 340     llist_init_head(&proc->sleep.sleepers);
 341     waitq_init(&proc->waitqueue);
 342
 343     sched_ctx._procs[i] = proc;
 344
 345     return proc;
 346 }
 347
 348 void
 349 commit_process(struct proc_info* process)
 350 {
 351     assert(process == sched_ctx._procs[process->pid]);
 352
 353     if (process->state != PS_CREATED) {
 354         __current->k_status = EINVAL;
 355         return;
 356     }
 357
 358     // every process is the child of first process (pid=1)
 359     if (!process->parent) {
 360         process->parent = sched_ctx._procs[1];
 361     }
 362
 363     llist_append(&process->parent->children, &process->siblings);
 364     llist_append(&sched_ctx._procs[0]->tasks, &process->tasks);
 365
 366     process->state = PS_READY;
 367 }
 368
 369 // from <kernel/process.c>
 370 extern void
 371 __del_pagetable(pid_t pid, uintptr_t mount_point);
 372
 373 pid_t
 374 destroy_process(pid_t pid)
 375 {
 376     int index = pid;
 377     if (index <= 0 || index > sched_ctx.ptable_len) {
 378         __current->k_status = EINVAL;
 379         return;
 380     }
 381     struct proc_info* proc = sched_ctx._procs[index];
 382     sched_ctx._procs[index] = 0;
 383
 384     llist_delete(&proc->siblings);
 385     llist_delete(&proc->grp_member);
 386     llist_delete(&proc->tasks);
 387     llist_delete(&proc->sleep.sleepers);
 388
 389     taskfs_invalidate(pid);
 390
 391     if (proc->cwd) {
 392         vfs_unref_dnode(proc->cwd);
 393     }
 394
 395     for (size_t i = 0; i < VFS_MAX_FD; i++) {
 396         struct v_fd* fd = proc->fdtable->fds[i];
 397         if (fd) {
 398             vfs_pclose(fd->file, pid);
 399             vfs_free_fd(fd);
 400         }
 401     }
 402
 403     vfree(proc->fdtable);
 404     vfree_dma(proc->fxstate);
 405
 406     vmm_mount_pd(VMS_MOUNT_1, proc->page_table);
 407
 408     struct mm_region *pos, *n;
 409     llist_for_each(pos, n, &proc->mm.regions, head)
 410     {
 411         mem_sync_pages(VMS_MOUNT_1, pos, pos->start, pos->end - pos->start, 0);
 412         region_release(pos);
 413     }
 414
 415     __del_pagetable(pid, VMS_MOUNT_1);
 416
 417     vmm_unmount_pd(VMS_MOUNT_1);
 418
 419     cake_release(proc_pile, proc);
 420
 421     return pid;
 422 }
 423
 424 void
 425 terminate_proc(int exit_code)
 426 {
 427     __current->state = PS_TERMNAT;
 428     __current->exit_code = exit_code;
 429
 430     __SIGSET(__current->parent->sig_pending, _SIGCHLD);
 431 }
 432
 433 struct proc_info*
 434 get_process(pid_t pid)
 435 {
 436     int index = pid;
 437     if (index < 0 || index > sched_ctx.ptable_len) {
 438         return NULL;
 439     }
 440     return sched_ctx._procs[index];
 441 }
 442
 443 int
 444 orphaned_proc(pid_t pid)
 445 {
 446     if (!pid)
 447         return 0;
 448     if (pid >= sched_ctx.ptable_len)
 449         return 0;
 450     struct proc_info* proc = sched_ctx._procs[pid];
 451     struct proc_info* parent = proc->parent;
 452
 453     // 如果其父进程的状态是terminated 或 destroy中的一种
 454     // 或者其父进程是在该进程之后创建的，那么该进程为孤儿进程
 455     return PROC_TERMINATED(parent->state) || parent->created > proc->created;
 456 }