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/valloc.h>
  10 #include <lunaix/mm/vmm.h>
  11 #include <lunaix/process.h>
  12 #include <lunaix/sched.h>
  13 #include <lunaix/signal.h>
  14 #include <lunaix/spike.h>
  15 #include <lunaix/status.h>
  16 #include <lunaix/syscall.h>
  17 #include <lunaix/syslog.h>
  18
  19 #define MAX_PROCESS 512
  20
  21 volatile struct proc_info* __current;
  22
  23 struct proc_info dummy;
  24
  25 struct scheduler sched_ctx;
  26
  27 LOG_MODULE("SCHED")
  28
  29 void
  30 sched_init()
  31 {
  32     size_t pg_size = ROUNDUP(sizeof(struct proc_info) * MAX_PROCESS, 0x1000);
  33
  34     for (size_t i = 0; i <= pg_size; i += 4096) {
  35         uintptr_t pa = pmm_alloc_page(KERNEL_PID, PP_FGPERSIST);
  36         vmm_set_mapping(
  37           PD_REFERENCED, PROC_START + i, pa, PG_PREM_RW, VMAP_NULL);
  38     }
  39
  40     sched_ctx = (struct scheduler){ ._procs = (struct proc_info*)PROC_START,
  41                                     .ptable_len = 0,
  42                                     .procs_index = 0 };
  43 }
  44
  45 void
  46 run(struct proc_info* proc)
  47 {
  48     proc->state = PS_RUNNING;
  49
  50     /*
  51         将tss.esp0设置为上次调度前的esp值。
  52         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
  53           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
  54           另一次调度。
  55         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
  56         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）
  57     */
  58     tss_update_esp(proc->intr_ctx.registers.esp);
  59
  60     apic_done_servicing();
  61
  62     asm volatile("pushl %0\n"
  63                  "jmp switch_to\n" ::"r"(proc)
  64                  : "memory"); // kernel/asm/x86/interrupt.S
  65 }
  66
  67 int
  68 can_schedule(struct proc_info* proc)
  69 {
  70     if (__SIGTEST(proc->sig_pending, _SIGCONT)) {
  71         __SIGCLEAR(proc->sig_pending, _SIGSTOP);
  72     } else if (__SIGTEST(proc->sig_pending, _SIGSTOP)) {
  73         // 如果进程受到SIGSTOP，则该进程不给予调度。
  74         return 0;
  75     }
  76
  77     return 1;
  78 }
  79
  80 void
  81 check_sleepers()
  82 {
  83     struct proc_info* leader = &sched_ctx._procs[0];
  84     struct proc_info *pos, *n;
  85     time_t now = clock_systime();
  86     llist_for_each(pos, n, &leader->sleep.sleepers, sleep.sleepers)
  87     {
  88         if (PROC_TERMINATED(pos->state)) {
  89             goto del;
  90         }
  91
  92         time_t wtime = pos->sleep.wakeup_time;
  93         time_t atime = pos->sleep.alarm_time;
  94
  95         if (wtime && now >= wtime) {
  96             pos->sleep.wakeup_time = 0;
  97             pos->state = PS_STOPPED;
  98         }
  99
 100         if (atime && now >= atime) {
 101             pos->sleep.alarm_time = 0;
 102             __SIGSET(pos->sig_pending, _SIGALRM);
 103         }
 104
 105         if (!wtime && !atime) {
 106         del:
 107             llist_delete(&pos->sleep.sleepers);
 108         }
 109     }
 110 }
 111
 112 void
 113 schedule()
 114 {
 115     if (!sched_ctx.ptable_len) {
 116         return;
 117     }
 118
 119     // 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……
 120     cpu_disable_interrupt();
 121     struct proc_info* next;
 122     int prev_ptr = sched_ctx.procs_index;
 123     int ptr = prev_ptr;
 124
 125     if (!(__current->state & ~PS_RUNNING)) {
 126         __current->state = PS_STOPPED;
 127     }
 128
 129     check_sleepers();
 130
 131     // round-robin scheduler
 132 redo:
 133     do {
 134         ptr = (ptr + 1) % sched_ctx.ptable_len;
 135         next = &sched_ctx._procs[ptr];
 136     } while (next->state != PS_STOPPED && ptr != prev_ptr);
 137
 138     sched_ctx.procs_index = ptr;
 139
 140     if (!can_schedule(next)) {
 141         // 如果该进程不给予调度，则尝试重新选择
 142         goto redo;
 143     }
 144
 145     run(next);
 146 }
 147
 148 __DEFINE_LXSYSCALL1(unsigned int, sleep, unsigned int, seconds)
 149 {
 150     if (!seconds) {
 151         return 0;
 152     }
 153
 154     if (__current->sleep.wakeup_time) {
 155         return (__current->sleep.wakeup_time - clock_systime()) / 1000U;
 156     }
 157
 158     __current->sleep.wakeup_time = clock_systime() + seconds * 1000;
 159     llist_append(&sched_ctx._procs[0].sleep.sleepers,
 160                  &__current->sleep.sleepers);
 161
 162     __current->intr_ctx.registers.eax = seconds;
 163     __current->state = PS_BLOCKED;
 164     schedule();
 165 }
 166
 167 __DEFINE_LXSYSCALL1(unsigned int, alarm, unsigned int, seconds)
 168 {
 169     time_t prev_ddl = __current->sleep.alarm_time;
 170     time_t now = clock_systime();
 171
 172     __current->sleep.alarm_time = seconds ? now + seconds * 1000 : 0;
 173
 174     if (llist_empty(&__current->sleep.sleepers)) {
 175         llist_append(&sched_ctx._procs[0].sleep.sleepers,
 176                      &__current->sleep.sleepers);
 177     }
 178
 179     return prev_ddl ? (prev_ddl - now) / 1000 : 0;
 180 }
 181
 182 __DEFINE_LXSYSCALL1(void, exit, int, status)
 183 {
 184     terminate_proc(status);
 185     schedule();
 186 }
 187
 188 __DEFINE_LXSYSCALL(void, yield)
 189 {
 190     schedule();
 191 }
 192
 193 pid_t
 194 _wait(pid_t wpid, int* status, int options);
 195
 196 __DEFINE_LXSYSCALL1(pid_t, wait, int*, status)
 197 {
 198     return _wait(-1, status, 0);
 199 }
 200
 201 __DEFINE_LXSYSCALL3(pid_t, waitpid, pid_t, pid, int*, status, int, options)
 202 {
 203     return _wait(pid, status, options);
 204 }
 205
 206 __DEFINE_LXSYSCALL(int, geterrno)
 207 {
 208     return __current->k_status;
 209 }
 210
 211 pid_t
 212 _wait(pid_t wpid, int* status, int options)
 213 {
 214     pid_t cur = __current->pid;
 215     int status_flags = 0;
 216     struct proc_info *proc, *n;
 217     if (llist_empty(&__current->children)) {
 218         return -1;
 219     }
 220
 221     wpid = wpid ? wpid : -__current->pgid;
 222     cpu_enable_interrupt();
 223 repeat:
 224     llist_for_each(proc, n, &__current->children, siblings)
 225     {
 226         if (!~wpid || proc->pid == wpid || proc->pgid == -wpid) {
 227             if (proc->state == PS_TERMNAT && !options) {
 228                 status_flags |= PEXITTERM;
 229                 goto done;
 230             }
 231             if (proc->state == PS_STOPPED && (options & WUNTRACED)) {
 232                 status_flags |= PEXITSTOP;
 233                 goto done;
 234             }
 235         }
 236     }
 237     if ((options & WNOHANG)) {
 238         return 0;
 239     }
 240     // 放弃当前的运行机会
 241     sched_yield();
 242     goto repeat;
 243
 244 done:
 245     cpu_disable_interrupt();
 246     status_flags |= PEXITSIG * (proc->sig_inprogress != 0);
 247     if (status) {
 248         *status = proc->exit_code | status_flags;
 249     }
 250     return destroy_process(proc->pid);
 251 }
 252
 253 struct proc_info*
 254 alloc_process()
 255 {
 256     pid_t i = 0;
 257     for (; i < sched_ctx.ptable_len && sched_ctx._procs[i].state != PS_DESTROY;
 258          i++)
 259         ;
 260
 261     if (i == MAX_PROCESS) {
 262         panick("Panic in Ponyville shimmer!");
 263     }
 264
 265     if (i == sched_ctx.ptable_len) {
 266         sched_ctx.ptable_len++;
 267     }
 268
 269     struct proc_info* proc = &sched_ctx._procs[i];
 270     memset(proc, 0, sizeof(*proc));
 271
 272     proc->state = PS_CREATED;
 273     proc->pid = i;
 274     proc->created = clock_systime();
 275     proc->pgid = proc->pid;
 276     proc->fdtable = vzalloc(sizeof(struct v_fdtable));
 277
 278     llist_init_head(&proc->mm.regions);
 279     llist_init_head(&proc->children);
 280     llist_init_head(&proc->grp_member);
 281     llist_init_head(&proc->sleep.sleepers);
 282
 283     return proc;
 284 }
 285
 286 void
 287 commit_process(struct proc_info* process)
 288 {
 289     assert(process == &sched_ctx._procs[process->pid]);
 290
 291     if (process->state != PS_CREATED) {
 292         __current->k_status = EINVAL;
 293         return;
 294     }
 295
 296     // every process is the child of first process (pid=1)
 297     if (!process->parent) {
 298         process->parent = &sched_ctx._procs[1];
 299     }
 300
 301     llist_append(&process->parent->children, &process->siblings);
 302
 303     process->state = PS_STOPPED;
 304 }
 305
 306 // from <kernel/process.c>
 307 extern void
 308 __del_pagetable(pid_t pid, uintptr_t mount_point);
 309
 310 pid_t
 311 destroy_process(pid_t pid)
 312 {
 313     int index = pid;
 314     if (index <= 0 || index > sched_ctx.ptable_len) {
 315         __current->k_status = EINVAL;
 316         return;
 317     }
 318     struct proc_info* proc = &sched_ctx._procs[index];
 319     proc->state = PS_DESTROY;
 320     llist_delete(&proc->siblings);
 321
 322     struct mm_region *pos, *n;
 323     llist_for_each(pos, n, &proc->mm.regions.head, head)
 324     {
 325         lxfree(pos);
 326     }
 327
 328     vmm_mount_pd(PD_MOUNT_1, proc->page_table);
 329
 330     __del_pagetable(pid, PD_MOUNT_1);
 331
 332     vmm_unmount_pd(PD_MOUNT_1);
 333
 334     return pid;
 335 }
 336
 337 void
 338 terminate_proc(int exit_code)
 339 {
 340     __current->state = PS_TERMNAT;
 341     __current->exit_code = exit_code;
 342
 343     __SIGSET(__current->parent->sig_pending, _SIGCHLD);
 344 }
 345
 346 struct proc_info*
 347 get_process(pid_t pid)
 348 {
 349     int index = pid;
 350     if (index < 0 || index > sched_ctx.ptable_len) {
 351         return NULL;
 352     }
 353     return &sched_ctx._procs[index];
 354 }
 355
 356 int
 357 orphaned_proc(pid_t pid)
 358 {
 359     if (!pid)
 360         return 0;
 361     if (pid >= sched_ctx.ptable_len)
 362         return 0;
 363     struct proc_info* proc = &sched_ctx._procs[pid];
 364     struct proc_info* parent = proc->parent;
 365
 366     // 如果其父进程的状态是terminated 或 destroy中的一种
 367     // 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
 368     return PROC_TERMINATED(parent->state) || parent->created > proc->created;
 369 }