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/mmap.h>
  11 #include <lunaix/mm/pmm.h>
  12 #include <lunaix/mm/valloc.h>
  13 #include <lunaix/mm/vmm.h>
  14 #include <lunaix/process.h>
  15 #include <lunaix/sched.h>
  16 #include <lunaix/signal.h>
  17 #include <lunaix/spike.h>
  18 #include <lunaix/status.h>
  19 #include <lunaix/syscall.h>
  20 #include <lunaix/syslog.h>
  21
  22 volatile struct proc_info* __current;
  23
  24 static struct proc_info dummy_proc;
  25
  26 struct proc_info dummy;
  27
  28 struct scheduler sched_ctx;
  29
  30 struct cake_pile* proc_pile;
  31
  32 LOG_MODULE("SCHED")
  33
  34 void
  35 sched_init_dummy();
  36
  37 void
  38 sched_init()
  39 {
  40     proc_pile = cake_new_pile("proc", sizeof(struct proc_info), 1, 0);
  41     cake_set_constructor(proc_pile, cake_ctor_zeroing);
  42
  43     sched_ctx = (struct scheduler){ ._procs = vzalloc(PROC_TABLE_SIZE),
  44                                     .ptable_len = 0,
  45                                     .procs_index = 0 };
  46
  47     // TODO initialize dummy_proc
  48     sched_init_dummy();
  49 }
  50
  51 #define DUMMY_STACK_SIZE 2048
  52
  53 void
  54 sched_init_dummy()
  55 {
  56     // This surely need to be simplified or encapsulated!
  57     // It is a living nightmare!
  58
  59     extern void my_dummy();
  60     static char dummy_stack[DUMMY_STACK_SIZE] __attribute__((aligned(16)));
  61
  62     // memset to 0
  63     dummy_proc = (struct proc_info){};
  64     dummy_proc.intr_ctx = (isr_param){
  65         .registers = { .ds = KDATA_SEG,
  66                        .es = KDATA_SEG,
  67                        .fs = KDATA_SEG,
  68                        .gs = KDATA_SEG,
  69                        .esp = (void*)dummy_stack + DUMMY_STACK_SIZE - 20 },
  70         .cs = KCODE_SEG,
  71         .eip = (void*)my_dummy,
  72         .ss = KDATA_SEG,
  73         .eflags = cpu_reflags() | 0x0200
  74     };
  75
  76     *(u32_t*)(&dummy_stack[DUMMY_STACK_SIZE - 4]) = dummy_proc.intr_ctx.eflags;
  77     *(u32_t*)(&dummy_stack[DUMMY_STACK_SIZE - 8]) = KCODE_SEG;
  78     *(u32_t*)(&dummy_stack[DUMMY_STACK_SIZE - 12]) = dummy_proc.intr_ctx.eip;
  79
  80     dummy_proc.page_table = cpu_rcr3();
  81     dummy_proc.state = PS_READY;
  82     dummy_proc.parent = &dummy_proc;
  83     dummy_proc.pid = KERNEL_PID;
  84
  85     __current = &dummy_proc;
  86 }
  87
  88 void
  89 run(struct proc_info* proc)
  90 {
  91     proc->state = PS_RUNNING;
  92
  93     /*
  94         将tss.esp0设置为上次调度前的esp值。
  95         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
  96           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
  97           另一次调度。
  98         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
  99         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）
 100     */
 101     tss_update_esp(proc->intr_ctx.registers.esp);
 102
 103     apic_done_servicing();
 104
 105     asm volatile("pushl %0\n"
 106                  "jmp switch_to\n" ::"r"(proc)
 107                  : "memory"); // kernel/asm/x86/interrupt.S
 108 }
 109
 110 int
 111 can_schedule(struct proc_info* proc)
 112 {
 113     if (__SIGTEST(proc->sig_pending, _SIGCONT)) {
 114         __SIGCLEAR(proc->sig_pending, _SIGSTOP);
 115     } else if (__SIGTEST(proc->sig_pending, _SIGSTOP)) {
 116         // 如果进程受到SIGSTOP，则该进程不给予调度。
 117         return 0;
 118     }
 119
 120     return 1;
 121 }
 122
 123 void
 124 check_sleepers()
 125 {
 126     struct proc_info* leader = sched_ctx._procs[0];
 127     struct proc_info *pos, *n;
 128     time_t now = clock_systime();
 129     llist_for_each(pos, n, &leader->sleep.sleepers, sleep.sleepers)
 130     {
 131         if (PROC_TERMINATED(pos->state)) {
 132             goto del;
 133         }
 134
 135         time_t wtime = pos->sleep.wakeup_time;
 136         time_t atime = pos->sleep.alarm_time;
 137
 138         if (wtime && now >= wtime) {
 139             pos->sleep.wakeup_time = 0;
 140             pos->state = PS_READY;
 141         }
 142
 143         if (atime && now >= atime) {
 144             pos->sleep.alarm_time = 0;
 145             __SIGSET(pos->sig_pending, _SIGALRM);
 146         }
 147
 148         if (!wtime && !atime) {
 149         del:
 150             llist_delete(&pos->sleep.sleepers);
 151         }
 152     }
 153 }
 154
 155 void
 156 schedule()
 157 {
 158     if (!sched_ctx.ptable_len) {
 159         return;
 160     }
 161
 162     // 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……
 163     cpu_disable_interrupt();
 164     struct proc_info* next;
 165     int prev_ptr = sched_ctx.procs_index;
 166     int ptr = prev_ptr;
 167
 168     if (!(__current->state & ~PS_RUNNING)) {
 169         __current->state = PS_READY;
 170     }
 171
 172     check_sleepers();
 173
 174     // round-robin scheduler
 175 redo:
 176     do {
 177         ptr = (ptr + 1) % sched_ctx.ptable_len;
 178         next = sched_ctx._procs[ptr];
 179     } while (!next || (next->state != PS_READY && ptr != prev_ptr));
 180
 181     sched_ctx.procs_index = ptr;
 182
 183     if (next->state != PS_READY) {
 184         // schedule the dummy process if we're out of choice
 185         next = &dummy_proc;
 186         goto done;
 187     }
 188
 189     if (!can_schedule(next)) {
 190         // 如果该进程不给予调度，则尝试重新选择
 191         goto redo;
 192     }
 193
 194 done:
 195     run(next);
 196 }
 197
 198 void
 199 sched_yieldk()
 200 {
 201     cpu_enable_interrupt();
 202     cpu_int(LUNAIX_SCHED);
 203 }
 204
 205 __DEFINE_LXSYSCALL1(unsigned int, sleep, unsigned int, seconds)
 206 {
 207     if (!seconds) {
 208         return 0;
 209     }
 210
 211     if (__current->sleep.wakeup_time) {
 212         return (__current->sleep.wakeup_time - clock_systime()) / 1000U;
 213     }
 214
 215     struct proc_info* root_proc = sched_ctx._procs[0];
 216     __current->sleep.wakeup_time = clock_systime() + seconds * 1000;
 217     llist_append(&root_proc->sleep.sleepers, &__current->sleep.sleepers);
 218
 219     __current->intr_ctx.registers.eax = seconds;
 220
 221     block_current();
 222     schedule();
 223 }
 224
 225 __DEFINE_LXSYSCALL1(unsigned int, alarm, unsigned int, seconds)
 226 {
 227     time_t prev_ddl = __current->sleep.alarm_time;
 228     time_t now = clock_systime();
 229
 230     __current->sleep.alarm_time = seconds ? now + seconds * 1000 : 0;
 231
 232     struct proc_info* root_proc = sched_ctx._procs[0];
 233     if (llist_empty(&__current->sleep.sleepers)) {
 234         llist_append(&root_proc->sleep.sleepers, &__current->sleep.sleepers);
 235     }
 236
 237     return prev_ddl ? (prev_ddl - now) / 1000 : 0;
 238 }
 239
 240 __DEFINE_LXSYSCALL1(void, exit, int, status)
 241 {
 242     terminate_proc(status);
 243     schedule();
 244 }
 245
 246 __DEFINE_LXSYSCALL(void, yield)
 247 {
 248     schedule();
 249 }
 250
 251 pid_t
 252 _wait(pid_t wpid, int* status, int options);
 253
 254 __DEFINE_LXSYSCALL1(pid_t, wait, int*, status)
 255 {
 256     return _wait(-1, status, 0);
 257 }
 258
 259 __DEFINE_LXSYSCALL3(pid_t, waitpid, pid_t, pid, int*, status, int, options)
 260 {
 261     return _wait(pid, status, options);
 262 }
 263
 264 __DEFINE_LXSYSCALL(int, geterrno)
 265 {
 266     return __current->k_status;
 267 }
 268
 269 pid_t
 270 _wait(pid_t wpid, int* status, int options)
 271 {
 272     pid_t cur = __current->pid;
 273     int status_flags = 0;
 274     struct proc_info *proc, *n;
 275     if (llist_empty(&__current->children)) {
 276         return -1;
 277     }
 278
 279     wpid = wpid ? wpid : -__current->pgid;
 280 repeat:
 281     llist_for_each(proc, n, &__current->children, siblings)
 282     {
 283         if (!~wpid || proc->pid == wpid || proc->pgid == -wpid) {
 284             if (proc->state == PS_TERMNAT && !options) {
 285                 status_flags |= PEXITTERM;
 286                 goto done;
 287             }
 288             if (proc->state == PS_READY && (options & WUNTRACED)) {
 289                 status_flags |= PEXITSTOP;
 290                 goto done;
 291             }
 292         }
 293     }
 294     if ((options & WNOHANG)) {
 295         return 0;
 296     }
 297     // 放弃当前的运行机会
 298     sched_yieldk();
 299     goto repeat;
 300
 301 done:
 302     status_flags |= PEXITSIG * (proc->sig_inprogress != 0);
 303     if (status) {
 304         *status = proc->exit_code | status_flags;
 305     }
 306     return destroy_process(proc->pid);
 307 }
 308
 309 struct proc_info*
 310 alloc_process()
 311 {
 312     pid_t i = 0;
 313     for (; i < sched_ctx.ptable_len && sched_ctx._procs[i]; i++)
 314         ;
 315
 316     if (i == MAX_PROCESS) {
 317         panick("Panic in Ponyville shimmer!");
 318     }
 319
 320     if (i == sched_ctx.ptable_len) {
 321         sched_ctx.ptable_len++;
 322     }
 323
 324     struct proc_info* proc = cake_grab(proc_pile);
 325
 326     proc->state = PS_CREATED;
 327     proc->pid = i;
 328     proc->created = clock_systime();
 329     proc->pgid = proc->pid;
 330     proc->fdtable = vzalloc(sizeof(struct v_fdtable));
 331     proc->fxstate =
 332       vzalloc_dma(512); // FXSAVE需要十六位对齐地址，使用DMA块（128位对齐）
 333
 334     llist_init_head(&proc->mm.regions);
 335     llist_init_head(&proc->tasks);
 336     llist_init_head(&proc->children);
 337     llist_init_head(&proc->grp_member);
 338     llist_init_head(&proc->sleep.sleepers);
 339     waitq_init(&proc->waitqueue);
 340
 341     sched_ctx._procs[i] = proc;
 342
 343     return proc;
 344 }
 345
 346 void
 347 commit_process(struct proc_info* process)
 348 {
 349     assert(process == sched_ctx._procs[process->pid]);
 350
 351     if (process->state != PS_CREATED) {
 352         __current->k_status = EINVAL;
 353         return;
 354     }
 355
 356     // every process is the child of first process (pid=1)
 357     if (!process->parent) {
 358         process->parent = sched_ctx._procs[1];
 359     }
 360
 361     llist_append(&process->parent->children, &process->siblings);
 362     llist_append(&sched_ctx._procs[0]->tasks, &process->tasks);
 363
 364     process->state = PS_READY;
 365 }
 366
 367 // from <kernel/process.c>
 368 extern void
 369 __del_pagetable(pid_t pid, uintptr_t mount_point);
 370
 371 pid_t
 372 destroy_process(pid_t pid)
 373 {
 374     int index = pid;
 375     if (index <= 0 || index > sched_ctx.ptable_len) {
 376         __current->k_status = EINVAL;
 377         return;
 378     }
 379     struct proc_info* proc = sched_ctx._procs[index];
 380     sched_ctx._procs[index] = 0;
 381
 382     llist_delete(&proc->siblings);
 383     llist_delete(&proc->grp_member);
 384     llist_delete(&proc->tasks);
 385     llist_delete(&proc->sleep.sleepers);
 386
 387     taskfs_invalidate(pid);
 388
 389     if (proc->cwd) {
 390         vfs_unref_dnode(proc->cwd);
 391     }
 392
 393     for (size_t i = 0; i < VFS_MAX_FD; i++) {
 394         struct v_fd* fd = proc->fdtable->fds[i];
 395         if (fd) {
 396             vfs_pclose(fd->file, pid);
 397             vfs_free_fd(fd);
 398         }
 399     }
 400
 401     vfree(proc->fdtable);
 402     vfree_dma(proc->fxstate);
 403
 404     vmm_mount_pd(VMS_MOUNT_1, proc->page_table);
 405
 406     struct mm_region *pos, *n;
 407     llist_for_each(pos, n, &proc->mm.regions, head)
 408     {
 409         mem_sync_pages(VMS_MOUNT_1, pos, pos->start, pos->end - pos->start, 0);
 410         vfree(pos);
 411     }
 412
 413     __del_pagetable(pid, VMS_MOUNT_1);
 414
 415     vmm_unmount_pd(VMS_MOUNT_1);
 416
 417     cake_release(proc_pile, proc);
 418
 419     return pid;
 420 }
 421
 422 void
 423 terminate_proc(int exit_code)
 424 {
 425     __current->state = PS_TERMNAT;
 426     __current->exit_code = exit_code;
 427
 428     __SIGSET(__current->parent->sig_pending, _SIGCHLD);
 429 }
 430
 431 struct proc_info*
 432 get_process(pid_t pid)
 433 {
 434     int index = pid;
 435     if (index < 0 || index > sched_ctx.ptable_len) {
 436         return NULL;
 437     }
 438     return sched_ctx._procs[index];
 439 }
 440
 441 int
 442 orphaned_proc(pid_t pid)
 443 {
 444     if (!pid)
 445         return 0;
 446     if (pid >= sched_ctx.ptable_len)
 447         return 0;
 448     struct proc_info* proc = sched_ctx._procs[pid];
 449     struct proc_info* parent = proc->parent;
 450
 451     // 如果其父进程的状态是terminated 或 destroy中的一种
 452     // 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
 453     return PROC_TERMINATED(parent->state) || parent->created > proc->created;
 454 }