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