lunaix-os/kernel/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/mm/kalloc.h>
   8 #include <lunaix/mm/pmm.h>
   9 #include <lunaix/mm/vmm.h>
  10 #include <lunaix/process.h>
  11 #include <lunaix/sched.h>
  12 #include <lunaix/signal.h>
  13 #include <lunaix/spike.h>
  14 #include <lunaix/status.h>
  15 #include <lunaix/syscall.h>
  16 #include <lunaix/syslog.h>
  17
  18 #define MAX_PROCESS 512
  19
  20 volatile struct proc_info* __current;
  21
  22 struct proc_info dummy;
  23
  24 struct scheduler sched_ctx;
  25
  26 LOG_MODULE("SCHED")
  27
  28 void
  29 sched_init()
  30 {
  31     size_t pg_size = ROUNDUP(sizeof(struct proc_info) * MAX_PROCESS, 0x1000);
  32
  33     for (size_t i = 0; i <= pg_size; i += 4096) {
  34         uintptr_t pa = pmm_alloc_page(KERNEL_PID, PP_FGPERSIST);
  35         vmm_set_mapping(
  36           PD_REFERENCED, PROC_START + i, pa, PG_PREM_RW, VMAP_NULL);
  37     }
  38
  39     sched_ctx = (struct scheduler){ ._procs = (struct proc_info*)PROC_START,
  40                                     .ptable_len = 0,
  41                                     .procs_index = 0 };
  42 }
  43
  44 void
  45 run(struct proc_info* proc)
  46 {
  47     proc->state = PS_RUNNING;
  48
  49     /*
  50         将tss.esp0设置为上次调度前的esp值。
  51         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
  52           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
  53           另一次调度。
  54         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
  55         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）
  56     */
  57     tss_update_esp(proc->intr_ctx.registers.esp);
  58
  59     apic_done_servicing();
  60
  61     asm volatile("pushl %0\n"
  62                  "jmp switch_to\n" ::"r"(proc)); // kernel/asm/x86/interrupt.S
  63 }
  64
  65 int
  66 can_schedule(struct proc_info* proc)
  67 {
  68     if (__SIGTEST(proc->sig_pending, _SIGCONT)) {
  69         __SIGCLEAR(proc->sig_pending, _SIGSTOP);
  70     } else if (__SIGTEST(proc->sig_pending, _SIGSTOP)) {
  71         // 如果进程受到SIGSTOP，则该进程不给予调度。
  72         return 0;
  73     }
  74
  75     return 1;
  76 }
  77
  78 void
  79 check_sleepers()
  80 {
  81     struct proc_info* leader = &sched_ctx._procs[0];
  82     struct proc_info *pos, *n;
  83     time_t now = clock_systime();
  84     llist_for_each(pos, n, &leader->sleep.sleepers, sleep.sleepers)
  85     {
  86         if (PROC_TERMINATED(pos->state)) {
  87             goto del;
  88         }
  89
  90         time_t wtime = pos->sleep.wakeup_time;
  91         time_t atime = pos->sleep.alarm_time;
  92
  93         if (wtime && now >= wtime) {
  94             pos->sleep.wakeup_time = 0;
  95             pos->state = PS_STOPPED;
  96         }
  97
  98         if (atime && now >= atime) {
  99             pos->sleep.alarm_time = 0;
 100             __SIGSET(pos->sig_pending, _SIGALRM);
 101         }
 102
 103         if (!wtime && !atime) {
 104         del:
 105             llist_delete(&pos->sleep.sleepers);
 106         }
 107     }
 108 }
 109
 110 void
 111 schedule()
 112 {
 113     if (!sched_ctx.ptable_len) {
 114         return;
 115     }
 116
 117     // 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……
 118     cpu_disable_interrupt();
 119     struct proc_info* next;
 120     int prev_ptr = sched_ctx.procs_index;
 121     int ptr = prev_ptr;
 122
 123     if (!(__current->state & ~PS_RUNNING)) {
 124         __current->state = PS_STOPPED;
 125     }
 126
 127     check_sleepers();
 128
 129     // round-robin scheduler
 130 redo:
 131     do {
 132         ptr = (ptr + 1) % sched_ctx.ptable_len;
 133         next = &sched_ctx._procs[ptr];
 134     } while (next->state != PS_STOPPED && ptr != prev_ptr);
 135
 136     sched_ctx.procs_index = ptr;
 137
 138     if (!can_schedule(next)) {
 139         // 如果该进程不给予调度，则尝试重新选择
 140         goto redo;
 141     }
 142
 143     run(next);
 144 }
 145
 146 __DEFINE_LXSYSCALL1(unsigned int, sleep, unsigned int, seconds)
 147 {
 148     if (!seconds) {
 149         return 0;
 150     }
 151
 152     if (__current->sleep.wakeup_time) {
 153         return (__current->sleep.wakeup_time - clock_systime()) / 1000U;
 154     }
 155
 156     __current->sleep.wakeup_time = clock_systime() + seconds * 1000;
 157     llist_append(&sched_ctx._procs[0].sleep.sleepers,
 158                  &__current->sleep.sleepers);
 159
 160     __current->intr_ctx.registers.eax = seconds;
 161     __current->state = PS_BLOCKED;
 162     schedule();
 163 }
 164
 165 __DEFINE_LXSYSCALL1(unsigned int, alarm, unsigned int, seconds)
 166 {
 167     time_t prev_ddl = __current->sleep.alarm_time;
 168     time_t now = clock_systime();
 169
 170     __current->sleep.alarm_time = seconds ? now + seconds * 1000 : 0;
 171
 172     if (llist_empty(&__current->sleep.sleepers)) {
 173         llist_append(&sched_ctx._procs[0].sleep.sleepers,
 174                      &__current->sleep.sleepers);
 175     }
 176
 177     return prev_ddl ? (prev_ddl - now) / 1000 : 0;
 178 }
 179
 180 __DEFINE_LXSYSCALL1(void, exit, int, status)
 181 {
 182     terminate_proc(status);
 183     schedule();
 184 }
 185
 186 __DEFINE_LXSYSCALL(void, yield)
 187 {
 188     schedule();
 189 }
 190
 191 pid_t
 192 _wait(pid_t wpid, int* status, int options);
 193
 194 __DEFINE_LXSYSCALL1(pid_t, wait, int*, status)
 195 {
 196     return _wait(-1, status, 0);
 197 }
 198
 199 __DEFINE_LXSYSCALL3(pid_t, waitpid, pid_t, pid, int*, status, int, options)
 200 {
 201     return _wait(pid, status, options);
 202 }
 203
 204 pid_t
 205 _wait(pid_t wpid, int* status, int options)
 206 {
 207     pid_t cur = __current->pid;
 208     int status_flags = 0;
 209     struct proc_info *proc, *n;
 210     if (llist_empty(&__current->children)) {
 211         return -1;
 212     }
 213
 214     wpid = wpid ? wpid : -__current->pgid;
 215     cpu_enable_interrupt();
 216 repeat:
 217     llist_for_each(proc, n, &__current->children, siblings)
 218     {
 219         if (!~wpid || proc->pid == wpid || proc->pgid == -wpid) {
 220             if (proc->state == PS_TERMNAT && !options) {
 221                 status_flags |= PEXITTERM;
 222                 goto done;
 223             }
 224             if (proc->state == PS_STOPPED && (options & WUNTRACED)) {
 225                 status_flags |= PEXITSTOP;
 226                 goto done;
 227             }
 228         }
 229     }
 230     if ((options & WNOHANG)) {
 231         return 0;
 232     }
 233     // 放弃当前的运行机会
 234     sched_yield();
 235     goto repeat;
 236
 237 done:
 238     cpu_disable_interrupt();
 239     status_flags |= PEXITSIG * (proc->sig_inprogress != 0);
 240     *status = proc->exit_code | status_flags;
 241     return destroy_process(proc->pid);
 242 }
 243
 244 struct proc_info*
 245 alloc_process()
 246 {
 247     pid_t i = 0;
 248     for (; i < sched_ctx.ptable_len && sched_ctx._procs[i].state != PS_DESTROY;
 249          i++)
 250         ;
 251
 252     if (i == MAX_PROCESS) {
 253         panick("Panic in Ponyville shimmer!");
 254     }
 255
 256     if (i == sched_ctx.ptable_len) {
 257         sched_ctx.ptable_len++;
 258     }
 259
 260     struct proc_info* proc = &sched_ctx._procs[i];
 261     memset(proc, 0, sizeof(*proc));
 262
 263     proc->state = PS_CREATED;
 264     proc->pid = i;
 265     proc->created = clock_systime();
 266     proc->pgid = proc->pid;
 267
 268     llist_init_head(&proc->mm.regions);
 269     llist_init_head(&proc->children);
 270     llist_init_head(&proc->grp_member);
 271     llist_init_head(&proc->sleep.sleepers);
 272
 273     return proc;
 274 }
 275
 276 void
 277 commit_process(struct proc_info* process)
 278 {
 279     assert(process == &sched_ctx._procs[process->pid]);
 280
 281     if (process->state != PS_CREATED) {
 282         __current->k_status = LXINVL;
 283         return;
 284     }
 285
 286     // every process is the child of first process (pid=1)
 287     if (!process->parent) {
 288         process->parent = &sched_ctx._procs[1];
 289     }
 290
 291     llist_append(&process->parent->children, &process->siblings);
 292
 293     process->state = PS_STOPPED;
 294 }
 295
 296 // from <kernel/process.c>
 297 extern void
 298 __del_pagetable(pid_t pid, uintptr_t mount_point);
 299
 300 pid_t
 301 destroy_process(pid_t pid)
 302 {
 303     int index = pid;
 304     if (index <= 0 || index > sched_ctx.ptable_len) {
 305         __current->k_status = LXINVLDPID;
 306         return;
 307     }
 308     struct proc_info* proc = &sched_ctx._procs[index];
 309     proc->state = PS_DESTROY;
 310     llist_delete(&proc->siblings);
 311
 312     struct mm_region *pos, *n;
 313     llist_for_each(pos, n, &proc->mm.regions.head, head)
 314     {
 315         lxfree(pos);
 316     }
 317
 318     vmm_mount_pd(PD_MOUNT_1, proc->page_table);
 319
 320     __del_pagetable(pid, PD_MOUNT_1);
 321
 322     vmm_unmount_pd(PD_MOUNT_1);
 323
 324     return pid;
 325 }
 326
 327 void
 328 terminate_proc(int exit_code)
 329 {
 330     __current->state = PS_TERMNAT;
 331     __current->exit_code = exit_code;
 332
 333     __SIGSET(__current->parent->sig_pending, _SIGCHLD);
 334 }
 335
 336 struct proc_info*
 337 get_process(pid_t pid)
 338 {
 339     int index = pid;
 340     if (index < 0 || index > sched_ctx.ptable_len) {
 341         return NULL;
 342     }
 343     return &sched_ctx._procs[index];
 344 }
 345
 346 int
 347 orphaned_proc(pid_t pid)
 348 {
 349     if (!pid)
 350         return 0;
 351     if (pid >= sched_ctx.ptable_len)
 352         return 0;
 353     struct proc_info* proc = &sched_ctx._procs[pid];
 354     struct proc_info* parent = proc->parent;
 355
 356     // 如果其父进程的状态是terminated 或 destroy中的一种
 357     // 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
 358     return PROC_TERMINATED(parent->state) || parent->created > proc->created;
 359 }