lunaix-os/includes/lunaix/process.h

   1 #ifndef __LUNAIX_PROCESS_H
   2 #define __LUNAIX_PROCESS_H
   3
   4 #include <lunaix/clock.h>
   5 #include <lunaix/ds/waitq.h>
   6 #include <lunaix/fs.h>
   7 #include <lunaix/iopoll.h>
   8 #include <lunaix/mm/mm.h>
   9 #include <lunaix/mm/pagetable.h>
  10 #include <lunaix/mm/region.h>
  11 #include <lunaix/signal.h>
  12 #include <lunaix/timer.h>
  13 #include <lunaix/types.h>
  14 #include <lunaix/spike.h>
  15 #include <lunaix/hart_state.h>
  16 #include <stdint.h>
  17
  18
  19 /*
  20     |C|Sp|Bk|De|Tn|Pu|Rn|
  21             \----/
  22               Dt
  23
  24     Group Dt: whether this process is terminated.
  25
  26     Rn: Running
  27     Tn: Terminated
  28     De: Destoryed
  29     Pu: Paused
  30     Bk: Blocked
  31     Sp: Stopped
  32     C : Created
  33 */
  34
  35 #define PS_READY 0
  36 #define PS_RUNNING 1
  37 #define PS_TERMNAT 2
  38 #define PS_DESTROY 4
  39 #define PS_PAUSED 8
  40 #define PS_BLOCKED 16
  41 #define PS_STOPPED 32
  42 #define PS_CREATED 64
  43
  44 #define PS_GrBP (PS_PAUSED | PS_BLOCKED | PS_STOPPED)
  45 #define PS_GrDT (PS_TERMNAT | PS_DESTROY)
  46 #define PS_Rn (PS_RUNNING | PS_CREATED)
  47
  48 #define proc_terminated(proc) \
  49             (!(proc) || ((proc)->state) & PS_GrDT)
  50 #define proc_hanged(proc) \
  51             ((proc)  && ((proc)->state) & PS_BLOCKED)
  52 #define proc_runnable(proc) \
  53             ((proc) && (!(proc)->state || !(((proc)->state) & ~PS_Rn)))
  54
  55
  56 #define TH_DETACHED         0b00000001
  57 #define TH_STALLED          0b00000010
  58
  59 #define thread_detached(th) ((th)->flags & TH_DETACHED)
  60 #define detach_thread(th) ((th)->flags |= TH_DETACHED)
  61
  62 #define thread_flags_set(th, flag)      ((th)->flags |= (flag))
  63 #define thread_flags_clear(th, flag)    ((th)->flags &= ~(flag))
  64 #define thread_flags_test(th, flag)     ((th)->flags & (flag))
  65 #define thread_flags_test_all(th, flag) (((th)->flags & (flag)) == (flag))
  66
  67 struct proc_sig
  68 {
  69     int sig_num;
  70     void* sigact;
  71     void* sighand;
  72     struct hart_state* saved_hstate;
  73 } __attribute__((packed));
  74
  75
  76 struct proc_info;
  77
  78 struct haybed {
  79     struct llist_header sleepers;
  80     time_t wakeup_time;
  81     time_t alarm_time;
  82 };
  83
  84 struct thread_stats
  85 {
  86     // number of times the thread entering kernel space involuntarily
  87     unsigned long entry_count_invol;
  88     // number of times the thread entering kernel space voluntarily
  89     unsigned long entry_count_vol;
  90
  91     // number of times the thread is preempted in kerenl space
  92     unsigned long kpreempt_count;
  93
  94     // timestamp of last time kernel entry
  95     time_t last_entry;
  96     // timestamp of last time kernel reentry
  97     time_t last_reentry;
  98
  99     // timestamp of last time kernel leave
 100     time_t last_leave;
 101     // timestamp of last time the thread is resumed
 102     time_t last_resume;
 103
 104     union {
 105         struct {
 106             bool at_user;
 107         };
 108         int flags;
 109     };
 110 };
 111
 112 struct thread
 113 {
 114     /*
 115         Any change to *critical section*, including layout, size
 116         must be reflected in arch/x86/interrupt.S.inc to avoid
 117         disaster!
 118      */
 119     struct
 120     {
 121         struct hart_state* hstate;
 122         ptr_t ustack_top;
 123     };                              // *critical section
 124
 125     struct {
 126         tid_t tid;
 127         time_t created;
 128         int state;
 129         int syscall_ret;
 130         ptr_t exit_val;
 131         int flags;
 132     };
 133
 134     struct {
 135         ptr_t kstack;               // process local kernel stack
 136         struct mm_region* ustack;   // process local user stack (NULL for kernel thread)
 137     };
 138
 139     struct thread_stats stats;
 140
 141     struct haybed sleep;
 142
 143     struct proc_info* process;
 144     struct llist_header proc_sibs;  // sibling to process-local threads
 145     struct llist_header sched_sibs; // sibling to scheduler (global) threads
 146     struct sigctx sigctx;
 147     waitq_t waitqueue;
 148 };
 149
 150 struct proc_info
 151 {
 152     // active thread, must be at the very beginning
 153     struct thread* th_active;
 154
 155     struct llist_header threads;
 156     int thread_count;
 157
 158     struct llist_header tasks;
 159
 160     struct llist_header siblings;
 161     struct llist_header children;
 162     struct llist_header grp_member;
 163
 164     struct {
 165         struct proc_info* parent;
 166         pid_t pid;
 167         pid_t pgid;
 168         time_t created;
 169
 170         int state;
 171         int exit_code;
 172     };
 173
 174     struct proc_mm* mm;
 175     struct sigregistry* sigreg;
 176     struct v_fdtable* fdtable;
 177     struct v_dnode* cwd;
 178     struct {
 179         char* cmd;
 180         size_t cmd_len;
 181     };
 182
 183     struct iopoll pollctx;
 184 };
 185
 186 extern volatile struct proc_info* __current;
 187 extern volatile struct thread* current_thread;
 188
 189 /**
 190  * @brief Check if current process belong to kernel itself
 191  * (pid=0)
 192  */
 193 #define kernel_process(proc) (!(proc)->pid)
 194
 195 #define resume_thread(th) (th)->state = PS_READY
 196 #define pause_thread(th) (th)->state = PS_PAUSED
 197 #define block_thread(th) (th)->state = PS_BLOCKED
 198
 199 static inline void must_inline
 200 set_current_executing(struct thread* thread)
 201 {
 202     current_thread = thread;
 203     __current = thread->process;
 204 }
 205
 206 static inline struct proc_mm*
 207 vmspace(struct proc_info* proc)
 208 {
 209     return proc ? proc->mm : NULL;
 210 }
 211
 212 static inline ptr_t
 213 vmroot(struct proc_info* proc)
 214 {
 215     return proc ? proc->mm->vmroot : 0;
 216 }
 217
 218 static inline vm_regions_t*
 219 vmregions(struct proc_info* proc)
 220 {
 221     return proc ? &proc->mm->regions : NULL;
 222 }
 223
 224
 225 static inline unsigned int
 226 procvm_asid(struct proc_mm* mm)
 227 {
 228     return mm->proc->pid;
 229 }
 230
 231 static inline void
 232 block_current_thread()
 233 {
 234     block_thread(current_thread);
 235 }
 236
 237 static inline void
 238 pause_current_thread()
 239 {
 240     pause_thread(current_thread);
 241 }
 242
 243 static inline void
 244 resume_current_thread()
 245 {
 246     resume_thread(current_thread);
 247 }
 248
 249 static inline int syscall_result(int retval) {
 250     return (current_thread->syscall_ret = retval);
 251 }
 252
 253 /**
 254  * @brief Spawn a process with arbitary entry point.
 255  *        The inherit priviledge level is deduced automatically
 256  *        from the given entry point
 257  *
 258  * @param created returned created main thread
 259  * @param entry entry point
 260  * @param with_ustack whether to pre-allocate a user stack with it
 261  * @return int
 262  */
 263 int
 264 spawn_process(struct thread** created, ptr_t entry, bool with_ustack);
 265
 266 /**
 267  * @brief Spawn a process that housing a given executable image as well as
 268  *        program argument and environment setting
 269  *
 270  * @param created returned created main thread
 271  * @param path file system path to executable
 272  * @param argv arguments passed to executable
 273  * @param envp environment variables passed to executable
 274  * @return int
 275  */
 276 int
 277 spawn_process_usr(struct thread** created, char* path,
 278                     const char** argv, const char** envp);
 279
 280 /**
 281  * @brief 分配并初始化一个进程控制块
 282  *
 283  * @return struct proc_info*
 284  */
 285 struct proc_info*
 286 alloc_process();
 287
 288 /**
 289  * @brief 初始化进程用户空间
 290  *
 291  * @param pcb
 292  */
 293 void
 294 init_proc_user_space(struct proc_info* pcb);
 295
 296 /**
 297  * @brief 向系统发布一个进程，使其可以被调度。
 298  *
 299  * @param process
 300  */
 301 void
 302 commit_process(struct proc_info* process);
 303
 304 pid_t
 305 destroy_process(pid_t pid);
 306
 307 void
 308 delete_process(struct proc_info* proc);
 309
 310 /**
 311  * @brief 复制当前进程（LunaixOS的类 fork (unix) 实现）
 312  *
 313  */
 314 pid_t
 315 dup_proc();
 316
 317 /**
 318  * @brief 创建新进程（LunaixOS的类 CreateProcess (Windows) 实现）
 319  *
 320  */
 321 void
 322 new_proc();
 323
 324 /**
 325  * @brief 终止（退出）当前进程
 326  *
 327  */
 328 void
 329 terminate_current(int exit_code);
 330
 331 void
 332 terminate_proccess(struct proc_info* proc, int exit_code);
 333
 334 int
 335 orphaned_proc(pid_t pid);
 336
 337 struct proc_info*
 338 get_process(pid_t pid);
 339
 340 /*
 341     ========= Thread =========
 342 */
 343
 344 void
 345 commit_thread(struct thread* thread);
 346
 347 struct thread*
 348 alloc_thread(struct proc_info* process);
 349
 350 void
 351 destory_thread(struct thread* thread);
 352
 353 void
 354 terminate_thread(struct thread* thread, ptr_t val);
 355
 356 void
 357 terminate_current_thread(ptr_t val);
 358
 359 struct thread*
 360 create_thread(struct proc_info* proc, bool with_ustack);
 361
 362 void
 363 start_thread(struct thread* th, ptr_t entry);
 364
 365 static inline void
 366 spawn_kthread(ptr_t entry) {
 367     assert(kernel_process(__current));
 368
 369     struct thread* th = create_thread(__current, false);
 370
 371     assert(th);
 372     start_thread(th, entry);
 373     detach_thread(th);
 374 }
 375
 376 void
 377 exit_thread(void* val);
 378
 379 void
 380 thread_release_mem(struct thread* thread);
 381
 382 /*
 383     ========= Signal =========
 384 */
 385
 386 #define pending_sigs(thread) ((thread)->sigctx.sig_pending)
 387 #define raise_signal(thread, sig) sigset_add(pending_sigs(thread), sig)
 388 #define sigact_of(proc, sig) ((proc)->sigreg->signals[(sig)])
 389 #define set_sigact(proc, sig, sigact) ((proc)->sigreg->signals[(sig)] = (sigact))
 390
 391 static inline struct sigact*
 392 active_signal(struct thread* thread) {
 393     struct sigctx* sigctx = &thread->sigctx;
 394     struct sigregistry* sigreg = thread->process->sigreg;
 395     return sigreg->signals[sigctx->sig_active];
 396 }
 397
 398 static inline void
 399 sigactive_push(struct thread* thread, int active_sig) {
 400     struct sigctx* sigctx = &thread->sigctx;
 401     int prev_active = sigctx->sig_active;
 402
 403     assert(sigact_of(thread->process, active_sig));
 404
 405     sigctx->sig_order[active_sig] = prev_active;
 406     sigctx->sig_active = active_sig;
 407 }
 408
 409 static inline void
 410 sigactive_pop(struct thread* thread) {
 411     struct sigctx* sigctx = &thread->sigctx;
 412     int active_sig = sigctx->sig_active;
 413
 414     sigctx->sig_active = sigctx->sig_order[active_sig];
 415     sigctx->sig_order[active_sig] = active_sig;
 416 }
 417
 418 void
 419 proc_setsignal(struct proc_info* proc, signum_t signum);
 420
 421 void
 422 thread_setsignal(struct thread* thread, signum_t signum);
 423
 424 void
 425 thread_stats_update(bool inbound, bool voluntary);
 426
 427 static inline void
 428 thread_stats_update_entering(bool voluntary)
 429 {
 430     thread_stats_update(true, voluntary);
 431 }
 432
 433 static inline void
 434 thread_stats_update_leaving()
 435 {
 436     thread_stats_update(false, true);
 437 }
 438
 439 static inline void
 440 thread_stats_update_kpreempt()
 441 {
 442     current_thread->stats.kpreempt_count++;
 443 }
 444
 445 static inline void
 446 thread_stats_reset_kpreempt()
 447 {
 448     current_thread->stats.kpreempt_count = 0;
 449 }
 450
 451 static inline ticks_t
 452 thread_stats_kernel_elapse(struct thread* thread)
 453 {
 454     return clock_systime() - thread->stats.last_reentry;
 455 }
 456
 457 static inline ticks_t
 458 thread_stats_user_elapse(struct thread* thread)
 459 {
 460     struct thread_stats* stats;
 461     stats = &thread->stats;
 462
 463     return stats->last_entry - stats->last_leave;
 464 }
 465
 466
 467 #endif /* __LUNAIX_PROCESS_H */