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/kalloc.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 volatile struct proc_info* __current;
  22
  23 static struct proc_info dummy_proc;
  24
  25 struct proc_info dummy;
  26
  27 struct scheduler sched_ctx;
  28
  29 struct cake_pile* proc_pile;
  30
  31 LOG_MODULE("SCHED")
  32
  33 void
  34 sched_init_dummy();
  35
  36 void
  37 sched_init()
  38 {
  39     proc_pile = cake_new_pile("proc", sizeof(struct proc_info), 1, 0);
  40     cake_set_constructor(proc_pile, cake_ctor_zeroing);
  41
  42     sched_ctx = (struct scheduler){ ._procs = vzalloc(PROC_TABLE_SIZE),
  43                                     .ptable_len = 0,
  44                                     .procs_index = 0 };
  45
  46     // TODO initialize dummy_proc
  47     sched_init_dummy();
  48 }
  49
  50 void
  51 sched_init_dummy()
  52 {
  53     // This surely need to be simplified or encapsulated!
  54     // It is a living nightmare!
  55
  56     extern void my_dummy();
  57     static char dummy_stack[1024] __attribute__((aligned(16)));
  58
  59     // memset to 0
  60     dummy_proc = (struct proc_info){};
  61     dummy_proc.intr_ctx =
  62       (isr_param){ .registers = { .ds = KDATA_SEG,
  63                                   .es = KDATA_SEG,
  64                                   .fs = KDATA_SEG,
  65                                   .gs = KDATA_SEG,
  66                                   .esp = (void*)dummy_stack + 1004 },
  67                    .cs = KCODE_SEG,
  68                    .eip = (void*)my_dummy,
  69                    .ss = KDATA_SEG,
  70                    .eflags = cpu_reflags() | 0x0200 };
  71
  72     *(u32_t*)(&dummy_stack[1020]) = dummy_proc.intr_ctx.eflags;
  73     *(u32_t*)(&dummy_stack[1016]) = KCODE_SEG;
  74     *(u32_t*)(&dummy_stack[1012]) = dummy_proc.intr_ctx.eip;
  75
  76     dummy_proc.page_table = cpu_rcr3();
  77     dummy_proc.state = PS_READY;
  78     dummy_proc.parent = &dummy_proc;
  79
  80     __current = &dummy_proc;
  81 }
  82
  83 void
  84 run(struct proc_info* proc)
  85 {
  86     proc->state = PS_RUNNING;
  87
  88     /*
  89         将tss.esp0设置为上次调度前的esp值。
  90         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
  91           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
  92           另一次调度。
  93         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
  94         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）
  95     */
  96     tss_update_esp(proc->intr_ctx.registers.esp);
  97
  98     apic_done_servicing();
  99
 100     asm volatile("pushl %0\n"
 101                  "jmp switch_to\n" ::"r"(proc)
 102                  : "memory"); // kernel/asm/x86/interrupt.S
 103 }
 104
 105 int
 106 can_schedule(struct proc_info* proc)
 107 {
 108     if (__SIGTEST(proc->sig_pending, _SIGCONT)) {
 109         __SIGCLEAR(proc->sig_pending, _SIGSTOP);
 110     } else if (__SIGTEST(proc->sig_pending, _SIGSTOP)) {
 111         // 如果进程受到SIGSTOP，则该进程不给予调度。
 112         return 0;
 113     }
 114
 115     return 1;
 116 }
 117
 118 void
 119 check_sleepers()
 120 {
 121     struct proc_info* leader = sched_ctx._procs[0];
 122     struct proc_info *pos, *n;
 123     time_t now = clock_systime();
 124     llist_for_each(pos, n, &leader->sleep.sleepers, sleep.sleepers)
 125     {
 126         if (PROC_TERMINATED(pos->state)) {
 127             goto del;
 128         }
 129
 130         time_t wtime = pos->sleep.wakeup_time;
 131         time_t atime = pos->sleep.alarm_time;
 132
 133         if (wtime && now >= wtime) {
 134             pos->sleep.wakeup_time = 0;
 135             pos->state = PS_READY;
 136         }
 137
 138         if (atime && now >= atime) {
 139             pos->sleep.alarm_time = 0;
 140             __SIGSET(pos->sig_pending, _SIGALRM);
 141         }
 142
 143         if (!wtime && !atime) {
 144         del:
 145             llist_delete(&pos->sleep.sleepers);
 146         }
 147     }
 148 }
 149
 150 void
 151 schedule()
 152 {
 153     if (!sched_ctx.ptable_len) {
 154         return;
 155     }
 156
 157     // 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……
 158     cpu_disable_interrupt();
 159     struct proc_info* next;
 160     int prev_ptr = sched_ctx.procs_index;
 161     int ptr = prev_ptr;
 162
 163     if (!(__current->state & ~PS_RUNNING)) {
 164         __current->state = PS_READY;
 165     }
 166
 167     check_sleepers();
 168
 169     // round-robin scheduler
 170 redo:
 171     do {
 172         ptr = (ptr + 1) % sched_ctx.ptable_len;
 173         next = sched_ctx._procs[ptr];
 174     } while (!next || (next->state != PS_READY && ptr != prev_ptr));
 175
 176     sched_ctx.procs_index = ptr;
 177
 178     if (next->state != PS_READY) {
 179         // schedule the dummy process if we're out of choice
 180         next = &dummy_proc;
 181         goto done;
 182     }
 183
 184     if (!can_schedule(next)) {
 185         // 如果该进程不给予调度，则尝试重新选择
 186         goto redo;
 187     }
 188
 189 done:
 190     run(next);
 191 }
 192
 193 void
 194 sched_yieldk()
 195 {
 196     cpu_enable_interrupt();
 197     cpu_int(LUNAIX_SCHED);
 198 }
 199
 200 __DEFINE_LXSYSCALL1(unsigned int, sleep, unsigned int, seconds)
 201 {
 202     if (!seconds) {
 203         return 0;
 204     }
 205
 206     if (__current->sleep.wakeup_time) {
 207         return (__current->sleep.wakeup_time - clock_systime()) / 1000U;
 208     }
 209
 210     struct proc_info* root_proc = sched_ctx._procs[0];
 211     __current->sleep.wakeup_time = clock_systime() + seconds * 1000;
 212     llist_append(&root_proc->sleep.sleepers, &__current->sleep.sleepers);
 213
 214     __current->intr_ctx.registers.eax = seconds;
 215
 216     block_current();
 217     schedule();
 218 }
 219
 220 __DEFINE_LXSYSCALL1(unsigned int, alarm, unsigned int, seconds)
 221 {
 222     time_t prev_ddl = __current->sleep.alarm_time;
 223     time_t now = clock_systime();
 224
 225     __current->sleep.alarm_time = seconds ? now + seconds * 1000 : 0;
 226
 227     struct proc_info* root_proc = sched_ctx._procs[0];
 228     if (llist_empty(&__current->sleep.sleepers)) {
 229         llist_append(&root_proc->sleep.sleepers, &__current->sleep.sleepers);
 230     }
 231
 232     return prev_ddl ? (prev_ddl - now) / 1000 : 0;
 233 }
 234
 235 __DEFINE_LXSYSCALL1(void, exit, int, status)
 236 {
 237     terminate_proc(status);
 238     schedule();
 239 }
 240
 241 __DEFINE_LXSYSCALL(void, yield)
 242 {
 243     schedule();
 244 }
 245
 246 pid_t
 247 _wait(pid_t wpid, int* status, int options);
 248
 249 __DEFINE_LXSYSCALL1(pid_t, wait, int*, status)
 250 {
 251     return _wait(-1, status, 0);
 252 }
 253
 254 __DEFINE_LXSYSCALL3(pid_t, waitpid, pid_t, pid, int*, status, int, options)
 255 {
 256     return _wait(pid, status, options);
 257 }
 258
 259 __DEFINE_LXSYSCALL(int, geterrno)
 260 {
 261     return __current->k_status;
 262 }
 263
 264 pid_t
 265 _wait(pid_t wpid, int* status, int options)
 266 {
 267     pid_t cur = __current->pid;
 268     int status_flags = 0;
 269     struct proc_info *proc, *n;
 270     if (llist_empty(&__current->children)) {
 271         return -1;
 272     }
 273
 274     wpid = wpid ? wpid : -__current->pgid;
 275 repeat:
 276     llist_for_each(proc, n, &__current->children, siblings)
 277     {
 278         if (!~wpid || proc->pid == wpid || proc->pgid == -wpid) {
 279             if (proc->state == PS_TERMNAT && !options) {
 280                 status_flags |= PEXITTERM;
 281                 goto done;
 282             }
 283             if (proc->state == PS_READY && (options & WUNTRACED)) {
 284                 status_flags |= PEXITSTOP;
 285                 goto done;
 286             }
 287         }
 288     }
 289     if ((options & WNOHANG)) {
 290         return 0;
 291     }
 292     // 放弃当前的运行机会
 293     sched_yieldk();
 294     goto repeat;
 295
 296 done:
 297     status_flags |= PEXITSIG * (proc->sig_inprogress != 0);
 298     if (status) {
 299         *status = proc->exit_code | status_flags;
 300     }
 301     return destroy_process(proc->pid);
 302 }
 303
 304 struct proc_info*
 305 alloc_process()
 306 {
 307     pid_t i = 0;
 308     for (; i < sched_ctx.ptable_len && sched_ctx._procs[i]; i++)
 309         ;
 310
 311     if (i == MAX_PROCESS) {
 312         panick("Panic in Ponyville shimmer!");
 313     }
 314
 315     if (i == sched_ctx.ptable_len) {
 316         sched_ctx.ptable_len++;
 317     }
 318
 319     struct proc_info* proc = cake_grab(proc_pile);
 320
 321     proc->state = PS_CREATED;
 322     proc->pid = i;
 323     proc->created = clock_systime();
 324     proc->pgid = proc->pid;
 325     proc->fdtable = vzalloc(sizeof(struct v_fdtable));
 326     proc->fxstate =
 327       vzalloc_dma(512); // FXSAVE需要十六位对齐地址，使用DMA块（128位对齐）
 328
 329     llist_init_head(&proc->mm.regions.head);
 330     llist_init_head(&proc->tasks);
 331     llist_init_head(&proc->children);
 332     llist_init_head(&proc->grp_member);
 333     llist_init_head(&proc->sleep.sleepers);
 334     waitq_init(&proc->waitqueue);
 335
 336     sched_ctx._procs[i] = proc;
 337
 338     return proc;
 339 }
 340
 341 void
 342 commit_process(struct proc_info* process)
 343 {
 344     assert(process == sched_ctx._procs[process->pid]);
 345
 346     if (process->state != PS_CREATED) {
 347         __current->k_status = EINVAL;
 348         return;
 349     }
 350
 351     // every process is the child of first process (pid=1)
 352     if (!process->parent) {
 353         process->parent = sched_ctx._procs[1];
 354     }
 355
 356     llist_append(&process->parent->children, &process->siblings);
 357     llist_append(&sched_ctx._procs[0]->tasks, &process->tasks);
 358
 359     process->state = PS_READY;
 360 }
 361
 362 // from <kernel/process.c>
 363 extern void
 364 __del_pagetable(pid_t pid, uintptr_t mount_point);
 365
 366 pid_t
 367 destroy_process(pid_t pid)
 368 {
 369     int index = pid;
 370     if (index <= 0 || index > sched_ctx.ptable_len) {
 371         __current->k_status = EINVAL;
 372         return;
 373     }
 374     struct proc_info* proc = sched_ctx._procs[index];
 375     sched_ctx._procs[index] = 0;
 376
 377     llist_delete(&proc->siblings);
 378     llist_delete(&proc->grp_member);
 379     llist_delete(&proc->tasks);
 380     llist_delete(&proc->sleep.sleepers);
 381
 382     taskfs_invalidate(pid);
 383
 384     if (proc->cwd) {
 385         vfs_unref_dnode(proc->cwd);
 386     }
 387
 388     for (size_t i = 0; i < VFS_MAX_FD; i++) {
 389         struct v_fd* fd = proc->fdtable->fds[i];
 390         if (fd) {
 391             vfs_pclose(fd->file, pid);
 392             vfs_free_fd(fd);
 393         }
 394     }
 395
 396     vfree(proc->fdtable);
 397     vfree_dma(proc->fxstate);
 398
 399     struct mm_region *pos, *n;
 400     llist_for_each(pos, n, &proc->mm.regions.head, head)
 401     {
 402         vfree(pos);
 403     }
 404
 405     vmm_mount_pd(PD_MOUNT_1, proc->page_table);
 406
 407     __del_pagetable(pid, PD_MOUNT_1);
 408
 409     vmm_unmount_pd(PD_MOUNT_1);
 410
 411     cake_release(proc_pile, proc);
 412
 413     return pid;
 414 }
 415
 416 void
 417 terminate_proc(int exit_code)
 418 {
 419     __current->state = PS_TERMNAT;
 420     __current->exit_code = exit_code;
 421
 422     __SIGSET(__current->parent->sig_pending, _SIGCHLD);
 423 }
 424
 425 struct proc_info*
 426 get_process(pid_t pid)
 427 {
 428     int index = pid;
 429     if (index < 0 || index > sched_ctx.ptable_len) {
 430         return NULL;
 431     }
 432     return sched_ctx._procs[index];
 433 }
 434
 435 int
 436 orphaned_proc(pid_t pid)
 437 {
 438     if (!pid)
 439         return 0;
 440     if (pid >= sched_ctx.ptable_len)
 441         return 0;
 442     struct proc_info* proc = sched_ctx._procs[pid];
 443     struct proc_info* parent = proc->parent;
 444
 445     // 如果其父进程的状态是terminated 或 destroy中的一种
 446     // 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
 447     return PROC_TERMINATED(parent->state) || parent->created > proc->created;
 448 }