lunaix-os/kernel/process/sched.c

   1 #include <asm/abi.h>
   2 #include <asm/mempart.h>
   3
   4 #include <asm/cpu.h>
   5
   6 #include <lunaix/fs/taskfs.h>
   7 #include <lunaix/mm/cake.h>
   8 #include <lunaix/mm/mmap.h>
   9 #include <lunaix/mm/pmm.h>
  10 #include <lunaix/mm/valloc.h>
  11 #include <lunaix/mm/vmm.h>
  12 #include <lunaix/mm/procvm.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 #include <lunaix/hart_state.h>
  21 #include <lunaix/kpreempt.h>
  22
  23 #include <asm-generic/isrm.h>
  24
  25 #include <klibc/string.h>
  26
  27 struct thread empty_thread_obj;
  28
  29 volatile struct proc_info* __current;
  30 volatile struct thread* current_thread = &empty_thread_obj;
  31
  32 struct scheduler sched_ctx;
  33
  34 struct cake_pile *proc_pile ,*thread_pile;
  35
  36 #define root_process   (sched_ctx.procs[1])
  37
  38 LOG_MODULE("SCHED")
  39
  40 void
  41 sched_init()
  42 {
  43     proc_pile = cake_new_pile("proc", sizeof(struct proc_info), 1, 0);
  44     thread_pile = cake_new_pile("thread", sizeof(struct thread), 1, 0);
  45     cake_set_constructor(proc_pile, cake_ctor_zeroing);
  46     cake_set_constructor(thread_pile, cake_ctor_zeroing);
  47
  48     sched_ctx = (struct scheduler){
  49         .procs = vzalloc(PROC_TABLE_SIZE), .ptable_len = 0, .procs_index = 0};
  50
  51     llist_init_head(&sched_ctx.sleepers);
  52 }
  53
  54 void
  55 run(struct thread* thread)
  56 {
  57     thread->state = PS_RUNNING;
  58     thread->process->state = PS_RUNNING;
  59     thread->process->th_active = thread;
  60
  61     procvm_mount_self(vmspace(thread->process));
  62     set_current_executing(thread);
  63
  64     switch_context();
  65
  66     fail("unexpected return from switching");
  67 }
  68
  69 /*
  70     Currently, we do not allow self-destorying thread, doing
  71     so will eliminate current kernel stack which is disaster.
  72     A compromise solution is to perform a regular scan and
  73     clean-up on these thread, in the preemptible kernel thread.
  74 */
  75
  76 void
  77 cleanup_detached_threads()
  78 {
  79     // XXX may be a lock on sched_context will ben the most appropriate?
  80     cpu_disable_interrupt();
  81
  82     int i = 0;
  83     struct thread *pos, *n;
  84     llist_for_each(pos, n, sched_ctx.threads, sched_sibs) {
  85         if (likely(!proc_terminated(pos) || !thread_detached(pos))) {
  86             continue;
  87         }
  88
  89         struct proc_mm* mm = vmspace(pos->process);
  90
  91         procvm_mount(mm);
  92         destory_thread(pos);
  93         procvm_unmount(mm);
  94
  95         i++;
  96     }
  97
  98     if (i) {
  99         INFO("cleaned %d terminated detached thread(s)", i);
 100     }
 101
 102     cpu_enable_interrupt();
 103 }
 104
 105 bool
 106 can_schedule(struct thread* thread)
 107 {
 108     if (!thread) {
 109         return 0;
 110     }
 111
 112     if (proc_terminated(thread)) {
 113         return false;
 114     }
 115
 116     if (preempt_check_stalled(thread)) {
 117         thread_flags_set(thread, TH_STALLED);
 118         return true;
 119     }
 120
 121     if (unlikely(kernel_process(thread->process))) {
 122         // a kernel process is always runnable
 123         return thread->state == PS_READY;
 124     }
 125
 126     struct sigctx* sh = &thread->sigctx;
 127
 128     if ((thread->state & PS_PAUSED)) {
 129         return !!(sh->sig_pending & ~1);
 130     }
 131
 132     if ((thread->state & PS_BLOCKED)) {
 133         return sigset_test(sh->sig_pending, _SIGINT);
 134     }
 135
 136     if (sigset_test(sh->sig_pending, _SIGSTOP)) {
 137         // If one thread is experiencing SIGSTOP, then we know
 138         // all other threads are also SIGSTOP (as per POSIX-2008.1)
 139         // In which case, the entire process is stopped.
 140         thread->state = PS_STOPPED;
 141         return false;
 142     }
 143
 144     if (sigset_test(sh->sig_pending, _SIGCONT)) {
 145         thread->state = PS_READY;
 146     }
 147
 148     return (thread->state == PS_READY) \
 149             && proc_runnable(thread->process);
 150 }
 151
 152 void
 153 check_sleepers()
 154 {
 155     struct thread *pos, *n;
 156     time_t now = clock_systime() / 1000;
 157
 158     llist_for_each(pos, n, &sched_ctx.sleepers, sleep.sleepers)
 159     {
 160         if (proc_terminated(pos)) {
 161             goto del;
 162         }
 163
 164         time_t wtime = pos->sleep.wakeup_time;
 165         time_t atime = pos->sleep.alarm_time;
 166
 167         if (wtime && now >= wtime) {
 168             pos->sleep.wakeup_time = 0;
 169             pos->state = PS_READY;
 170         }
 171
 172         if (atime && now >= atime) {
 173             pos->sleep.alarm_time = 0;
 174             thread_setsignal(pos, _SIGALRM);
 175         }
 176
 177         if (!wtime && !atime) {
 178         del:
 179             llist_delete(&pos->sleep.sleepers);
 180         }
 181     }
 182 }
 183
 184 void
 185 schedule()
 186 {
 187     assert(sched_ctx.ptable_len && sched_ctx.ttable_len);
 188
 189     // 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……
 190     no_preemption();
 191
 192     if (!(current_thread->state & ~PS_RUNNING)) {
 193         current_thread->state = PS_READY;
 194         __current->state = PS_READY;
 195
 196     }
 197
 198     procvm_unmount_self(vmspace(__current));
 199     check_sleepers();
 200
 201     // round-robin scheduler
 202
 203     struct thread* current = current_thread;
 204     struct thread* to_check = current;
 205
 206     do {
 207         to_check = list_next(to_check, struct thread, sched_sibs);
 208
 209         if (can_schedule(to_check)) {
 210             break;
 211         }
 212
 213         if (to_check == current) {
 214             // FIXME do something less leathal here
 215             fail("Ran out of threads!")
 216             goto done;
 217         }
 218
 219     } while (1);
 220
 221     sched_ctx.procs_index = to_check->process->pid;
 222
 223 done:
 224     run(to_check);
 225
 226     fail("unexpected return from scheduler");
 227 }
 228
 229 __DEFINE_LXSYSCALL1(unsigned int, sleep, unsigned int, seconds)
 230 {
 231     if (!seconds) {
 232         return 0;
 233     }
 234
 235     time_t systime = clock_systime() / 1000;
 236     struct haybed* bed = &current_thread->sleep;
 237
 238     if (bed->wakeup_time) {
 239         return (bed->wakeup_time - systime);
 240     }
 241
 242     bed->wakeup_time = systime + seconds;
 243
 244     if (llist_empty(&bed->sleepers)) {
 245         llist_append(&sched_ctx.sleepers, &bed->sleepers);
 246     }
 247
 248     store_retval(seconds);
 249
 250     block_current_thread();
 251     schedule();
 252
 253     return 0;
 254 }
 255
 256 __DEFINE_LXSYSCALL1(unsigned int, alarm, unsigned int, seconds)
 257 {
 258     struct haybed* bed = &current_thread->sleep;
 259     time_t prev_ddl = bed->alarm_time;
 260     time_t now = clock_systime() / 1000;
 261
 262     bed->alarm_time = seconds ? now + seconds : 0;
 263
 264     if (llist_empty(&bed->sleepers)) {
 265         llist_append(&sched_ctx.sleepers, &bed->sleepers);
 266     }
 267
 268     return prev_ddl ? (prev_ddl - now) : 0;
 269 }
 270
 271 __DEFINE_LXSYSCALL1(void, exit, int, status)
 272 {
 273     terminate_current(status);
 274     schedule();
 275 }
 276
 277 __DEFINE_LXSYSCALL(void, yield)
 278 {
 279     schedule();
 280 }
 281
 282 pid_t
 283 _wait(pid_t wpid, int* status, int options);
 284
 285 __DEFINE_LXSYSCALL1(pid_t, wait, int*, status)
 286 {
 287     return _wait(-1, status, 0);
 288 }
 289
 290 __DEFINE_LXSYSCALL3(pid_t, waitpid, pid_t, pid, int*, status, int, options)
 291 {
 292     return _wait(pid, status, options);
 293 }
 294
 295 __DEFINE_LXSYSCALL(int, geterrno)
 296 {
 297     return current_thread->syscall_ret;
 298 }
 299
 300 pid_t
 301 _wait(pid_t wpid, int* status, int options)
 302 {
 303     pid_t cur = __current->pid;
 304     int status_flags = 0;
 305     struct proc_info *proc, *n;
 306     if (llist_empty(&__current->children)) {
 307         return -1;
 308     }
 309
 310     wpid = wpid ? wpid : -__current->pgid;
 311
 312 repeat:
 313     llist_for_each(proc, n, &__current->children, siblings)
 314     {
 315         if (!~wpid || proc->pid == wpid || proc->pgid == -wpid) {
 316             if (proc->state == PS_TERMNAT && !options) {
 317                 status_flags |= PEXITTERM;
 318                 goto done;
 319             }
 320             if (proc->state == PS_READY && (options & WUNTRACED)) {
 321                 status_flags |= PEXITSTOP;
 322                 goto done;
 323             }
 324         }
 325     }
 326     if ((options & WNOHANG)) {
 327         return 0;
 328     }
 329     // 放弃当前的运行机会
 330     yield_current();
 331     goto repeat;
 332
 333 done:
 334     if (status) {
 335         *status = PEXITNUM(status_flags, proc->exit_code);
 336     }
 337     return destroy_process(proc->pid);
 338 }
 339
 340 static inline pid_t
 341 get_free_pid() {
 342     pid_t i = 0;
 343
 344     for (; i < sched_ctx.ptable_len && sched_ctx.procs[i]; i++)
 345         ;
 346
 347     if (unlikely(i == MAX_PROCESS)) {
 348         fail("Panic in Ponyville shimmer!");
 349     }
 350
 351     return i;
 352 }
 353
 354 struct thread*
 355 alloc_thread(struct proc_info* process) {
 356     if (process->thread_count >= MAX_THREAD_PP) {
 357         return NULL;
 358     }
 359
 360     struct thread* th = cake_grab(thread_pile);
 361
 362     th->process = process;
 363     th->created = clock_systime();
 364
 365     // FIXME we need a better tid allocation method!
 366     th->tid = th->created;
 367     th->tid = (th->created ^ ((ptr_t)th)) % MAX_THREAD_PP;
 368
 369     th->state = PS_CREATED;
 370
 371     llist_init_head(&th->sleep.sleepers);
 372     llist_init_head(&th->sched_sibs);
 373     llist_init_head(&th->proc_sibs);
 374     waitq_init(&th->waitqueue);
 375
 376     return th;
 377 }
 378
 379 struct proc_info*
 380 alloc_process()
 381 {
 382     pid_t i = get_free_pid();
 383
 384     if (i == sched_ctx.ptable_len) {
 385         sched_ctx.ptable_len++;
 386     }
 387
 388     struct proc_info* proc = cake_grab(proc_pile);
 389     if (!proc) {
 390         return NULL;
 391     }
 392
 393     proc->state = PS_CREATED;
 394     proc->pid = i;
 395     proc->created = clock_systime();
 396     proc->pgid = proc->pid;
 397
 398     proc->sigreg = vzalloc(sizeof(struct sigregistry));
 399     proc->fdtable = vzalloc(sizeof(struct v_fdtable));
 400
 401     proc->mm = procvm_create(proc);
 402
 403     llist_init_head(&proc->tasks);
 404     llist_init_head(&proc->children);
 405     llist_init_head(&proc->grp_member);
 406     llist_init_head(&proc->threads);
 407
 408     iopoll_init(&proc->pollctx);
 409
 410     sched_ctx.procs[i] = proc;
 411
 412     return proc;
 413 }
 414
 415 void
 416 commit_thread(struct thread* thread) {
 417     struct proc_info* process = thread->process;
 418
 419     assert(process && !proc_terminated(process));
 420
 421     llist_append(&process->threads, &thread->proc_sibs);
 422
 423     if (sched_ctx.threads) {
 424         llist_append(sched_ctx.threads, &thread->sched_sibs);
 425     } else {
 426         sched_ctx.threads = &thread->sched_sibs;
 427     }
 428
 429     sched_ctx.ttable_len++;
 430     process->thread_count++;
 431     thread->state = PS_READY;
 432 }
 433
 434 void
 435 commit_process(struct proc_info* process)
 436 {
 437     assert(process == sched_ctx.procs[process->pid]);
 438     assert(process->state == PS_CREATED);
 439
 440     // every process is the child of first process (pid=1)
 441     if (!process->parent) {
 442         if (likely(!kernel_process(process))) {
 443             process->parent = root_process;
 444         } else {
 445             process->parent = process;
 446         }
 447     } else {
 448         assert(!proc_terminated(process->parent));
 449     }
 450
 451     if (sched_ctx.proc_list) {
 452         llist_append(sched_ctx.proc_list, &process->tasks);
 453     } else {
 454         sched_ctx.proc_list = &process->tasks;
 455     }
 456
 457     llist_append(&process->parent->children, &process->siblings);
 458
 459     process->state = PS_READY;
 460 }
 461
 462 void
 463 destory_thread(struct thread* thread)
 464 {
 465     cake_ensure_valid(thread);
 466
 467     struct proc_info* proc = thread->process;
 468
 469     llist_delete(&thread->sched_sibs);
 470     llist_delete(&thread->proc_sibs);
 471     llist_delete(&thread->sleep.sleepers);
 472     waitq_cancel_wait(&thread->waitqueue);
 473
 474     thread_release_mem(thread);
 475
 476     proc->thread_count--;
 477     sched_ctx.ttable_len--;
 478
 479     cake_release(thread_pile, thread);
 480 }
 481
 482 static void
 483 orphan_children(struct proc_info* proc)
 484 {
 485     struct proc_info *root;
 486     struct proc_info *pos, *n;
 487
 488     root = root_process;
 489
 490     llist_for_each(pos, n, &proc->children, siblings) {
 491         pos->parent = root;
 492         llist_append(&root->children, &pos->siblings);
 493     }
 494 }
 495
 496 void
 497 delete_process(struct proc_info* proc)
 498 {
 499     pid_t pid = proc->pid;
 500     struct proc_mm* mm = vmspace(proc);
 501
 502     assert(pid);    // long live the pid0 !!
 503
 504     sched_ctx.procs[pid] = NULL;
 505
 506     llist_delete(&proc->siblings);
 507     llist_delete(&proc->grp_member);
 508     llist_delete(&proc->tasks);
 509
 510     iopoll_free(proc);
 511
 512     taskfs_invalidate(pid);
 513
 514     if (proc->cwd) {
 515         vfs_unref_dnode(proc->cwd);
 516     }
 517
 518     if (proc->cmd) {
 519         vfree(proc->cmd);
 520     }
 521
 522     for (size_t i = 0; i < VFS_MAX_FD; i++) {
 523         struct v_fd* fd = proc->fdtable->fds[i];
 524         if (fd) {
 525             vfs_pclose(fd->file, pid);
 526             vfs_free_fd(fd);
 527         }
 528     }
 529
 530     vfree(proc->fdtable);
 531
 532     signal_free_registry(proc->sigreg);
 533
 534     procvm_mount(mm);
 535
 536     struct thread *pos, *n;
 537     llist_for_each(pos, n, &proc->threads, proc_sibs) {
 538         // terminate and destory all thread unconditionally
 539         destory_thread(pos);
 540     }
 541
 542     orphan_children(proc);
 543
 544     procvm_unmount_release(mm);
 545
 546     cake_release(proc_pile, proc);
 547 }
 548
 549 pid_t
 550 destroy_process(pid_t pid)
 551 {
 552     int index = pid;
 553     if (index <= 0 || index > sched_ctx.ptable_len) {
 554         syscall_result(EINVAL);
 555         return -1;
 556     }
 557
 558     struct proc_info* proc = sched_ctx.procs[index];
 559     delete_process(proc);
 560
 561     return pid;
 562 }
 563
 564 static void
 565 terminate_proc_only(struct proc_info* proc, int exit_code) {
 566     assert(proc->pid != 0);
 567
 568     proc->state = PS_TERMNAT;
 569     proc->exit_code = exit_code;
 570
 571     proc_setsignal(proc->parent, _SIGCHLD);
 572 }
 573
 574 void
 575 terminate_thread(struct thread* thread, ptr_t val) {
 576     thread->exit_val = val;
 577     thread->state = PS_TERMNAT;
 578
 579     struct proc_info* proc = thread->process;
 580     if (proc->thread_count == 1) {
 581         terminate_proc_only(thread->process, 0);
 582     }
 583 }
 584
 585 void
 586 terminate_current_thread(ptr_t val) {
 587     terminate_thread(current_thread, val);
 588 }
 589
 590 void
 591 terminate_proccess(struct proc_info* proc, int exit_code) {
 592     assert(!kernel_process(proc));
 593
 594     if (proc->pid == 1) {
 595         fail("Attempt to kill init");
 596     }
 597
 598     terminate_proc_only(proc, exit_code);
 599
 600     struct thread *pos, *n;
 601     llist_for_each(pos, n, &proc->threads, proc_sibs) {
 602         pos->state = PS_TERMNAT;
 603     }
 604 }
 605
 606 void
 607 terminate_current(int exit_code)
 608 {
 609     terminate_proccess(__current, exit_code);
 610 }
 611
 612 struct proc_info*
 613 get_process(pid_t pid)
 614 {
 615     int index = pid;
 616     if (index < 0 || index > sched_ctx.ptable_len) {
 617         return NULL;
 618     }
 619     return sched_ctx.procs[index];
 620 }
 621
 622 int
 623 orphaned_proc(pid_t pid)
 624 {
 625     if (!pid)
 626         return 0;
 627     if (pid >= sched_ctx.ptable_len)
 628         return 0;
 629     struct proc_info* proc = sched_ctx.procs[pid];
 630     struct proc_info* parent = proc->parent;
 631
 632     // 如果其父进程的状态是terminated 或 destroy中的一种
 633     // 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
 634     return proc_terminated(parent) || parent->created > proc->created;
 635 }