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     struct exec_param* execp =
  64       (void*)dummy_stack + DUMMY_STACK_SIZE - sizeof(struct exec_param);
  65
  66     *execp = (struct exec_param){
  67         .cs = KCODE_SEG,
  68         .eflags = cpu_reflags() | 0x0200,
  69         .eip = (void*)my_dummy,
  70         .ss = KDATA_SEG,
  71     };
  72
  73     // memset to 0
  74     dummy_proc = (struct proc_info){};
  75     dummy_proc.intr_ctx = (isr_param){ .registers = { .ds = KDATA_SEG,
  76                                                       .es = KDATA_SEG,
  77                                                       .fs = KDATA_SEG,
  78                                                       .gs = KDATA_SEG },
  79                                        .execp = execp };
  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.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
 219     if (llist_empty(&__current->sleep.sleepers)) {
 220         llist_append(&root_proc->sleep.sleepers, &__current->sleep.sleepers);
 221     }
 222
 223     __current->intr_ctx.registers.eax = seconds;
 224
 225     block_current();
 226     schedule();
 227 }
 228
 229 __DEFINE_LXSYSCALL1(unsigned int, alarm, unsigned int, seconds)
 230 {
 231     time_t prev_ddl = __current->sleep.alarm_time;
 232     time_t now = clock_systime();
 233
 234     __current->sleep.alarm_time = seconds ? now + seconds * 1000 : 0;
 235
 236     struct proc_info* root_proc = sched_ctx._procs[0];
 237     if (llist_empty(&__current->sleep.sleepers)) {
 238         llist_append(&root_proc->sleep.sleepers, &__current->sleep.sleepers);
 239     }
 240
 241     return prev_ddl ? (prev_ddl - now) / 1000 : 0;
 242 }
 243
 244 __DEFINE_LXSYSCALL1(void, exit, int, status)
 245 {
 246     terminate_proc(status);
 247     schedule();
 248 }
 249
 250 __DEFINE_LXSYSCALL(void, yield)
 251 {
 252     schedule();
 253 }
 254
 255 pid_t
 256 _wait(pid_t wpid, int* status, int options);
 257
 258 __DEFINE_LXSYSCALL1(pid_t, wait, int*, status)
 259 {
 260     return _wait(-1, status, 0);
 261 }
 262
 263 __DEFINE_LXSYSCALL3(pid_t, waitpid, pid_t, pid, int*, status, int, options)
 264 {
 265     return _wait(pid, status, options);
 266 }
 267
 268 __DEFINE_LXSYSCALL(int, geterrno)
 269 {
 270     return __current->k_status;
 271 }
 272
 273 pid_t
 274 _wait(pid_t wpid, int* status, int options)
 275 {
 276     pid_t cur = __current->pid;
 277     int status_flags = 0;
 278     struct proc_info *proc, *n;
 279     if (llist_empty(&__current->children)) {
 280         return -1;
 281     }
 282
 283     wpid = wpid ? wpid : -__current->pgid;
 284 repeat:
 285     llist_for_each(proc, n, &__current->children, siblings)
 286     {
 287         if (!~wpid || proc->pid == wpid || proc->pgid == -wpid) {
 288             if (proc->state == PS_TERMNAT && !options) {
 289                 status_flags |= PEXITTERM;
 290                 goto done;
 291             }
 292             if (proc->state == PS_READY && (options & WUNTRACED)) {
 293                 status_flags |= PEXITSTOP;
 294                 goto done;
 295             }
 296         }
 297     }
 298     if ((options & WNOHANG)) {
 299         return 0;
 300     }
 301     // 放弃当前的运行机会
 302     sched_yieldk();
 303     goto repeat;
 304
 305 done:
 306     status_flags |= PEXITSIG * (proc->sig_inprogress != 0);
 307     if (status) {
 308         *status = proc->exit_code | status_flags;
 309     }
 310     return destroy_process(proc->pid);
 311 }
 312
 313 struct proc_info*
 314 alloc_process()
 315 {
 316     pid_t i = 0;
 317     for (; i < sched_ctx.ptable_len && sched_ctx._procs[i]; i++)
 318         ;
 319
 320     if (i == MAX_PROCESS) {
 321         panick("Panic in Ponyville shimmer!");
 322     }
 323
 324     if (i == sched_ctx.ptable_len) {
 325         sched_ctx.ptable_len++;
 326     }
 327
 328     struct proc_info* proc = cake_grab(proc_pile);
 329
 330     proc->state = PS_CREATED;
 331     proc->pid = i;
 332     proc->mm.pid = i;
 333     proc->created = clock_systime();
 334     proc->pgid = proc->pid;
 335     proc->fdtable = vzalloc(sizeof(struct v_fdtable));
 336     proc->fxstate =
 337       vzalloc_dma(512); // FXSAVE需要十六位对齐地址，使用DMA块（128位对齐）
 338
 339     llist_init_head(&proc->mm.regions);
 340     llist_init_head(&proc->tasks);
 341     llist_init_head(&proc->children);
 342     llist_init_head(&proc->grp_member);
 343     llist_init_head(&proc->sleep.sleepers);
 344     waitq_init(&proc->waitqueue);
 345
 346     sched_ctx._procs[i] = proc;
 347
 348     return proc;
 349 }
 350
 351 void
 352 commit_process(struct proc_info* process)
 353 {
 354     assert(process == sched_ctx._procs[process->pid]);
 355
 356     if (process->state != PS_CREATED) {
 357         __current->k_status = EINVAL;
 358         return;
 359     }
 360
 361     // every process is the child of first process (pid=1)
 362     if (!process->parent) {
 363         process->parent = sched_ctx._procs[1];
 364     }
 365
 366     llist_append(&process->parent->children, &process->siblings);
 367     llist_append(&sched_ctx._procs[0]->tasks, &process->tasks);
 368
 369     process->state = PS_READY;
 370 }
 371
 372 // from <kernel/process.c>
 373 extern void
 374 __del_pagetable(pid_t pid, uintptr_t mount_point);
 375
 376 pid_t
 377 destroy_process(pid_t pid)
 378 {
 379     int index = pid;
 380     if (index <= 0 || index > sched_ctx.ptable_len) {
 381         __current->k_status = EINVAL;
 382         return;
 383     }
 384     struct proc_info* proc = sched_ctx._procs[index];
 385     sched_ctx._procs[index] = 0;
 386
 387     llist_delete(&proc->siblings);
 388     llist_delete(&proc->grp_member);
 389     llist_delete(&proc->tasks);
 390     llist_delete(&proc->sleep.sleepers);
 391
 392     taskfs_invalidate(pid);
 393
 394     if (proc->cwd) {
 395         vfs_unref_dnode(proc->cwd);
 396     }
 397
 398     for (size_t i = 0; i < VFS_MAX_FD; i++) {
 399         struct v_fd* fd = proc->fdtable->fds[i];
 400         if (fd) {
 401             vfs_pclose(fd->file, pid);
 402             vfs_free_fd(fd);
 403         }
 404     }
 405
 406     vfree(proc->fdtable);
 407     vfree_dma(proc->fxstate);
 408
 409     vmm_mount_pd(VMS_MOUNT_1, proc->page_table);
 410
 411     struct mm_region *pos, *n;
 412     llist_for_each(pos, n, &proc->mm.regions, head)
 413     {
 414         mem_sync_pages(VMS_MOUNT_1, pos, pos->start, pos->end - pos->start, 0);
 415         region_release(pos);
 416     }
 417
 418     __del_pagetable(pid, VMS_MOUNT_1);
 419
 420     vmm_unmount_pd(VMS_MOUNT_1);
 421
 422     cake_release(proc_pile, proc);
 423
 424     return pid;
 425 }
 426
 427 void
 428 terminate_proc(int exit_code)
 429 {
 430     __current->state = PS_TERMNAT;
 431     __current->exit_code = exit_code;
 432
 433     __SIGSET(__current->parent->sig_pending, _SIGCHLD);
 434 }
 435
 436 struct proc_info*
 437 get_process(pid_t pid)
 438 {
 439     int index = pid;
 440     if (index < 0 || index > sched_ctx.ptable_len) {
 441         return NULL;
 442     }
 443     return sched_ctx._procs[index];
 444 }
 445
 446 int
 447 orphaned_proc(pid_t pid)
 448 {
 449     if (!pid)
 450         return 0;
 451     if (pid >= sched_ctx.ptable_len)
 452         return 0;
 453     struct proc_info* proc = sched_ctx._procs[pid];
 454     struct proc_info* parent = proc->parent;
 455
 456     // 如果其父进程的状态是terminated 或 destroy中的一种
 457     // 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
 458     return PROC_TERMINATED(parent->state) || parent->created > proc->created;
 459 }