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