1 #include "process.h"
2 
3 #include <DragonOS/signal.h>
4 #include <common/compiler.h>
5 #include <common/completion.h>
6 #include <common/elf.h>
7 #include <common/kprint.h>
8 #include <common/kthread.h>
9 #include <common/printk.h>
10 #include <common/spinlock.h>
11 #include <common/stdio.h>
12 #include <common/string.h>
13 #include <common/sys/wait.h>
14 #include <common/time.h>
15 #include <common/unistd.h>
16 #include <debug/bug.h>
17 #include <debug/traceback/traceback.h>
18 #include <driver/disk/ahci/ahci.h>
19 #include <driver/usb/usb.h>
20 #include <driver/video/video.h>
21 #include <exception/gate.h>
22 #include <filesystem/devfs/devfs.h>
23 #include <filesystem/fat32/fat32.h>
24 #include <filesystem/procfs/procfs.h>
25 #include <filesystem/rootfs/rootfs.h>
26 #include <ktest/ktest.h>
27 #include <mm/slab.h>
28 #include <sched/sched.h>
29 #include <syscall/syscall.h>
30 #include <syscall/syscall_num.h>
31 
32 #include <mm/mmio.h>
33 
34 #include <common/lz4.h>
35 extern int __rust_demo_func();
36 // #pragma GCC push_options
37 // #pragma GCC optimize("O0")
38 
39 spinlock_t process_global_pid_write_lock; // 增加pid的写锁
40 long process_global_pid = 1;              // 系统中最大的pid
41 
42 extern void system_call(void);
43 extern void kernel_thread_func(void);
44 
45 ul _stack_start; // initial proc的栈基地址(虚拟地址)
46 extern struct mm_struct initial_mm;
47 extern struct signal_struct INITIAL_SIGNALS;
48 extern struct sighand_struct INITIAL_SIGHAND;
49 
50 extern void process_exit_sighand(struct process_control_block *pcb);
51 extern void process_exit_signal(struct process_control_block *pcb);
52 extern void initial_proc_init_signal(struct process_control_block *pcb);
53 
54 // 设置初始进程的PCB
55 #define INITIAL_PROC(proc)                                                                                             \
56     {                                                                                                                  \
57         .state = PROC_UNINTERRUPTIBLE, .flags = PF_KTHREAD, .preempt_count = 0, .signal = 0, .cpu_id = 0,              \
58         .mm = &initial_mm, .thread = &initial_thread, .addr_limit = 0xffffffffffffffff, .pid = 0, .priority = 2,       \
59         .virtual_runtime = 0, .fds = {0}, .next_pcb = &proc, .prev_pcb = &proc, .parent_pcb = &proc, .exit_code = 0,   \
60         .wait_child_proc_exit = 0, .worker_private = NULL, .policy = SCHED_NORMAL, .sig_blocked = 0,                   \
61         .signal = &INITIAL_SIGNALS, .sighand = &INITIAL_SIGHAND,                                                       \
62     }
63 
64 struct thread_struct initial_thread = {
65     .rbp = (ul)(initial_proc_union.stack + STACK_SIZE / sizeof(ul)),
66     .rsp = (ul)(initial_proc_union.stack + STACK_SIZE / sizeof(ul)),
67     .fs = KERNEL_DS,
68     .gs = KERNEL_DS,
69     .cr2 = 0,
70     .trap_num = 0,
71     .err_code = 0,
72 };
73 
74 // 初始化 初始进程的union ,并将其链接到.data.init_proc段内
75 union proc_union initial_proc_union
76     __attribute__((__section__(".data.init_proc_union"))) = {INITIAL_PROC(initial_proc_union.pcb)};
77 
78 struct process_control_block *initial_proc[MAX_CPU_NUM] = {&initial_proc_union.pcb, 0};
79 
80 // 为每个核心初始化初始进程的tss
81 struct tss_struct initial_tss[MAX_CPU_NUM] = {[0 ... MAX_CPU_NUM - 1] = INITIAL_TSS};
82 
83 /**
84  * @brief 回收进程的所有文件描述符
85  *
86  * @param pcb 要被回收的进程的pcb
87  * @return uint64_t
88  */
89 uint64_t process_exit_files(struct process_control_block *pcb);
90 
91 /**
92  * @brief 释放进程的页表
93  *
94  * @param pcb 要被释放页表的进程
95  * @return uint64_t
96  */
97 uint64_t process_exit_mm(struct process_control_block *pcb);
98 
99 /**
100  * @brief 切换进程
101  *
102  * @param prev 上一个进程的pcb
103  * @param next 将要切换到的进程的pcb
104  * 由于程序在进入内核的时候已经保存了寄存器,因此这里不需要保存寄存器。
105  * 这里切换fs和gs寄存器
106  */
107 #pragma GCC push_options
108 #pragma GCC optimize("O0")
__switch_to(struct process_control_block * prev,struct process_control_block * next)109 void __switch_to(struct process_control_block *prev, struct process_control_block *next)
110 {
111     initial_tss[proc_current_cpu_id].rsp0 = next->thread->rbp;
112     // kdebug("next_rsp = %#018lx   ", next->thread->rsp);
113     //  set_tss64((uint *)phys_2_virt(TSS64_Table), initial_tss[0].rsp0, initial_tss[0].rsp1, initial_tss[0].rsp2,
114     //  initial_tss[0].ist1,
115     //           initial_tss[0].ist2, initial_tss[0].ist3, initial_tss[0].ist4, initial_tss[0].ist5,
116     //           initial_tss[0].ist6, initial_tss[0].ist7);
117 
118     __asm__ __volatile__("movq	%%fs,	%0 \n\t" : "=a"(prev->thread->fs));
119     __asm__ __volatile__("movq	%%gs,	%0 \n\t" : "=a"(prev->thread->gs));
120 
121     __asm__ __volatile__("movq	%0,	%%fs \n\t" ::"a"(next->thread->fs));
122     __asm__ __volatile__("movq	%0,	%%gs \n\t" ::"a"(next->thread->gs));
123 }
124 #pragma GCC pop_options
125 
126 /**
127  * @brief 切换进程的fs、gs寄存器
128  * 注意,fs、gs的值在return的时候才会生效,因此本函数不能简化为一个单独的宏
129  * @param fs 目标fs值
130  * @param gs 目标gs值
131  */
process_switch_fsgs(uint64_t fs,uint64_t gs)132 void process_switch_fsgs(uint64_t fs, uint64_t gs)
133 {
134     asm volatile("movq	%0,	%%fs \n\t" ::"a"(fs));
135     asm volatile("movq	%0,	%%gs \n\t" ::"a"(gs));
136 }
137 
138 /**
139  * @brief 打开要执行的程序文件
140  *
141  * @param path
142  * @return struct vfs_file_t*
143  */
process_open_exec_file(char * path)144 struct vfs_file_t *process_open_exec_file(char *path)
145 {
146     struct vfs_dir_entry_t *dentry = NULL;
147     struct vfs_file_t *filp = NULL;
148     // kdebug("path=%s", path);
149     dentry = vfs_path_walk(path, 0);
150 
151     if (dentry == NULL)
152         return (void *)-ENOENT;
153 
154     if (dentry->dir_inode->attribute == VFS_IF_DIR)
155         return (void *)-ENOTDIR;
156 
157     filp = (struct vfs_file_t *)kmalloc(sizeof(struct vfs_file_t), 0);
158     if (filp == NULL)
159         return (void *)-ENOMEM;
160 
161     filp->position = 0;
162     filp->mode = 0;
163     filp->dEntry = dentry;
164     filp->mode = ATTR_READ_ONLY;
165     filp->file_ops = dentry->dir_inode->file_ops;
166 
167     return filp;
168 }
169 
170 /**
171  * @brief 加载elf格式的程序文件到内存中,并设置regs
172  *
173  * @param regs 寄存器
174  * @param path 文件路径
175  * @return int
176  */
process_load_elf_file(struct pt_regs * regs,char * path)177 static int process_load_elf_file(struct pt_regs *regs, char *path)
178 {
179     int retval = 0;
180     struct vfs_file_t *filp = process_open_exec_file(path);
181 
182     if ((long)filp <= 0 && (long)filp >= -255)
183     {
184         kdebug("(long)filp=%ld", (long)filp);
185         return (unsigned long)filp;
186     }
187 
188     void *buf = kmalloc(PAGE_4K_SIZE, 0);
189     memset(buf, 0, PAGE_4K_SIZE);
190     uint64_t pos = 0;
191     pos = filp->file_ops->lseek(filp, 0, SEEK_SET);
192     retval = filp->file_ops->read(filp, (char *)buf, sizeof(Elf64_Ehdr), &pos);
193     retval = 0;
194     if (!elf_check(buf))
195     {
196         kerror("Not an ELF file: %s", path);
197         retval = -ENOTSUP;
198         goto load_elf_failed;
199     }
200 
201 #if ARCH(X86_64)
202     // 暂时只支持64位的文件
203     if (((Elf32_Ehdr *)buf)->e_ident[EI_CLASS] != ELFCLASS64)
204     {
205         kdebug("((Elf32_Ehdr *)buf)->e_ident[EI_CLASS]=%d", ((Elf32_Ehdr *)buf)->e_ident[EI_CLASS]);
206         retval = -EUNSUPPORTED;
207         goto load_elf_failed;
208     }
209     Elf64_Ehdr ehdr = *(Elf64_Ehdr *)buf;
210     // 暂时只支持AMD64架构
211     if (ehdr.e_machine != EM_AMD64)
212     {
213         kerror("e_machine=%d", ehdr.e_machine);
214         retval = -EUNSUPPORTED;
215         goto load_elf_failed;
216     }
217 #else
218 #error Unsupported architecture!
219 #endif
220     if (ehdr.e_type != ET_EXEC)
221     {
222         kerror("Not executable file! filename=%s\tehdr->e_type=%d", path, ehdr.e_type);
223         retval = -EUNSUPPORTED;
224         goto load_elf_failed;
225     }
226     // kdebug("filename=%s:\te_entry=%#018lx", path, ehdr.e_entry);
227     regs->rip = ehdr.e_entry;
228     current_pcb->mm->code_addr_start = ehdr.e_entry;
229 
230     // kdebug("ehdr.e_phoff=%#018lx\t ehdr.e_phentsize=%d, ehdr.e_phnum=%d", ehdr.e_phoff, ehdr.e_phentsize,
231     // ehdr.e_phnum); 将指针移动到program header处
232     pos = ehdr.e_phoff;
233     // 读取所有的phdr
234     pos = filp->file_ops->lseek(filp, pos, SEEK_SET);
235     filp->file_ops->read(filp, (char *)buf, (uint64_t)ehdr.e_phentsize * (uint64_t)ehdr.e_phnum, &pos);
236     if ((unsigned long)filp <= 0)
237     {
238         kdebug("(unsigned long)filp=%d", (long)filp);
239         retval = -ENOEXEC;
240         goto load_elf_failed;
241     }
242     Elf64_Phdr *phdr = buf;
243 
244     // 将程序加载到内存中
245     for (int i = 0; i < ehdr.e_phnum; ++i, ++phdr)
246     {
247         // kdebug("phdr[%d] phdr->p_offset=%#018lx phdr->p_vaddr=%#018lx phdr->p_memsz=%ld phdr->p_filesz=%ld
248         // phdr->p_type=%d", i, phdr->p_offset, phdr->p_vaddr, phdr->p_memsz, phdr->p_filesz, phdr->p_type);
249 
250         // 不是可加载的段
251         if (phdr->p_type != PT_LOAD)
252             continue;
253 
254         int64_t remain_mem_size = phdr->p_memsz;
255         int64_t remain_file_size = phdr->p_filesz;
256         pos = phdr->p_offset;
257 
258         uint64_t virt_base = 0;
259         uint64_t beginning_offset = 0; // 由于页表映射导致的virtbase与实际的p_vaddr之间的偏移量
260 
261         if (remain_mem_size >= PAGE_2M_SIZE) // 接下来存在映射2M页的情况,因此将vaddr按2M向下对齐
262             virt_base = phdr->p_vaddr & PAGE_2M_MASK;
263         else // 接下来只有4K页的映射
264             virt_base = phdr->p_vaddr & PAGE_4K_MASK;
265 
266         beginning_offset = phdr->p_vaddr - virt_base;
267         remain_mem_size += beginning_offset;
268 
269         while (remain_mem_size > 0)
270         {
271             // kdebug("loading...");
272             int64_t map_size = 0;
273             if (remain_mem_size >= PAGE_2M_SIZE)
274             {
275                 uint64_t pa = alloc_pages(ZONE_NORMAL, 1, PAGE_PGT_MAPPED)->addr_phys;
276                 struct vm_area_struct *vma = NULL;
277                 int ret =
278                     mm_create_vma(current_pcb->mm, virt_base, PAGE_2M_SIZE, VM_USER | VM_ACCESS_FLAGS, NULL, &vma);
279 
280                 // 防止内存泄露
281                 if (ret == -EEXIST)
282                     free_pages(Phy_to_2M_Page(pa), 1);
283                 else
284                     mm_map(current_pcb->mm, virt_base, PAGE_2M_SIZE, pa);
285                 // mm_map_vma(vma, pa, 0, PAGE_2M_SIZE);
286                 io_mfence();
287                 memset((void *)virt_base, 0, PAGE_2M_SIZE);
288                 map_size = PAGE_2M_SIZE;
289             }
290             else
291             {
292                 // todo: 使用4K、8K、32K大小内存块混合进行分配,提高空间利用率(减少了bmp的大小)
293                 map_size = ALIGN(remain_mem_size, PAGE_4K_SIZE);
294                 // 循环分配4K大小内存块
295                 for (uint64_t off = 0; off < map_size; off += PAGE_4K_SIZE)
296                 {
297                     uint64_t paddr = virt_2_phys((uint64_t)kmalloc(PAGE_4K_SIZE, 0));
298 
299                     struct vm_area_struct *vma = NULL;
300                     int val = mm_create_vma(current_pcb->mm, virt_base + off, PAGE_4K_SIZE, VM_USER | VM_ACCESS_FLAGS,
301                                             NULL, &vma);
302                     // kdebug("virt_base=%#018lx", virt_base + off);
303                     if (val == -EEXIST)
304                         kfree(phys_2_virt(paddr));
305                     else
306                         mm_map(current_pcb->mm, virt_base + off, PAGE_4K_SIZE, paddr);
307                     // mm_map_vma(vma, paddr, 0, PAGE_4K_SIZE);
308                     io_mfence();
309                     memset((void *)(virt_base + off), 0, PAGE_4K_SIZE);
310                 }
311             }
312 
313             pos = filp->file_ops->lseek(filp, pos, SEEK_SET);
314             int64_t val = 0;
315             if (remain_file_size > 0)
316             {
317                 int64_t to_trans = (remain_file_size > PAGE_2M_SIZE) ? PAGE_2M_SIZE : remain_file_size;
318                 val = filp->file_ops->read(filp, (char *)(virt_base + beginning_offset), to_trans, &pos);
319             }
320 
321             if (val < 0)
322                 goto load_elf_failed;
323 
324             remain_mem_size -= map_size;
325             remain_file_size -= val;
326             virt_base += map_size;
327         }
328     }
329 
330     // 分配2MB的栈内存空间
331     regs->rsp = current_pcb->mm->stack_start;
332     regs->rbp = current_pcb->mm->stack_start;
333 
334     {
335         struct vm_area_struct *vma = NULL;
336         uint64_t pa = alloc_pages(ZONE_NORMAL, 1, PAGE_PGT_MAPPED)->addr_phys;
337         int val = mm_create_vma(current_pcb->mm, current_pcb->mm->stack_start - PAGE_2M_SIZE, PAGE_2M_SIZE,
338                                 VM_USER | VM_ACCESS_FLAGS, NULL, &vma);
339         if (val == -EEXIST)
340             free_pages(Phy_to_2M_Page(pa), 1);
341         else
342             mm_map_vma(vma, pa, 0, PAGE_2M_SIZE);
343     }
344 
345     // 清空栈空间
346     memset((void *)(current_pcb->mm->stack_start - PAGE_2M_SIZE), 0, PAGE_2M_SIZE);
347 
348 load_elf_failed:;
349     if (buf != NULL)
350         kfree(buf);
351     return retval;
352 }
353 /**
354  * @brief 使当前进程去执行新的代码
355  *
356  * @param regs 当前进程的寄存器
357  * @param path 可执行程序的路径
358  * @param argv 参数列表
359  * @param envp 环境变量
360  * @return ul 错误码
361  */
362 #pragma GCC push_options
363 #pragma GCC optimize("O0")
do_execve(struct pt_regs * regs,char * path,char * argv[],char * envp[])364 ul do_execve(struct pt_regs *regs, char *path, char *argv[], char *envp[])
365 {
366 
367     // kdebug("do_execve is running...");
368 
369     // 当前进程正在与父进程共享地址空间,需要创建
370     // 独立的地址空间才能使新程序正常运行
371     if (current_pcb->flags & PF_VFORK)
372     {
373         // kdebug("proc:%d  creating new mem space", current_pcb->pid);
374         // 分配新的内存空间分布结构体
375         struct mm_struct *new_mms = (struct mm_struct *)kmalloc(sizeof(struct mm_struct), 0);
376         memset(new_mms, 0, sizeof(struct mm_struct));
377         current_pcb->mm = new_mms;
378 
379         // 分配顶层页表, 并设置顶层页表的物理地址
380         new_mms->pgd = (pml4t_t *)virt_2_phys(kmalloc(PAGE_4K_SIZE, 0));
381 
382         // 由于高2K部分为内核空间,在接下来需要覆盖其数据,因此不用清零
383         memset(phys_2_virt(new_mms->pgd), 0, PAGE_4K_SIZE / 2);
384 
385         // 拷贝内核空间的页表指针
386         memcpy(phys_2_virt(new_mms->pgd) + 256, phys_2_virt(initial_proc[proc_current_cpu_id]) + 256, PAGE_4K_SIZE / 2);
387     }
388 
389     // 设置用户栈和用户堆的基地址
390     unsigned long stack_start_addr = 0x6ffff0a00000UL;
391     const uint64_t brk_start_addr = 0x700000000000UL;
392 
393     process_switch_mm(current_pcb);
394 
395     // 为用户态程序设置地址边界
396     if (!(current_pcb->flags & PF_KTHREAD))
397         current_pcb->addr_limit = USER_MAX_LINEAR_ADDR;
398 
399     current_pcb->mm->code_addr_end = 0;
400     current_pcb->mm->data_addr_start = 0;
401     current_pcb->mm->data_addr_end = 0;
402     current_pcb->mm->rodata_addr_start = 0;
403     current_pcb->mm->rodata_addr_end = 0;
404     current_pcb->mm->bss_start = 0;
405     current_pcb->mm->bss_end = 0;
406     current_pcb->mm->brk_start = brk_start_addr;
407     current_pcb->mm->brk_end = brk_start_addr;
408     current_pcb->mm->stack_start = stack_start_addr;
409 
410     // 关闭之前的文件描述符
411     process_exit_files(current_pcb);
412 
413     process_open_stdio(current_pcb);
414 
415     // 清除进程的vfork标志位
416     current_pcb->flags &= ~PF_VFORK;
417 
418     // 加载elf格式的可执行文件
419     int tmp = process_load_elf_file(regs, path);
420     if (tmp < 0)
421         goto exec_failed;
422 
423     // 拷贝参数列表
424     if (argv != NULL)
425     {
426         int argc = 0;
427 
428         // 目标程序的argv基地址指针,最大8个参数
429         char **dst_argv = (char **)(stack_start_addr - (sizeof(char **) << 3));
430         uint64_t str_addr = (uint64_t)dst_argv;
431 
432         for (argc = 0; argc < 8 && argv[argc] != NULL; ++argc)
433         {
434 
435             if (*argv[argc] == NULL)
436                 break;
437 
438             // 测量参数的长度(最大1023)
439             int argv_len = strnlen_user(argv[argc], 1023) + 1;
440             strncpy((char *)(str_addr - argv_len), argv[argc], argv_len - 1);
441             str_addr -= argv_len;
442             dst_argv[argc] = (char *)str_addr;
443             // 字符串加上结尾字符
444             ((char *)str_addr)[argv_len] = '\0';
445         }
446 
447         // 重新设定栈基址,并预留空间防止越界
448         stack_start_addr = str_addr - 8;
449         current_pcb->mm->stack_start = stack_start_addr;
450         regs->rsp = regs->rbp = stack_start_addr;
451 
452         // 传递参数
453         regs->rdi = argc;
454         regs->rsi = (uint64_t)dst_argv;
455     }
456     // kdebug("execve ok");
457     // 设置进程的段选择子为用户态可访问
458     regs->cs = USER_CS | 3;
459     regs->ds = USER_DS | 3;
460     regs->ss = USER_DS | 0x3;
461     regs->rflags = 0x200246;
462     regs->rax = 1;
463     regs->es = 0;
464 
465     return 0;
466 
467 exec_failed:;
468     process_do_exit(tmp);
469 }
470 #pragma GCC pop_options
471 
472 /**
473  * @brief 内核init进程
474  *
475  * @param arg
476  * @return ul 参数
477  */
478 #pragma GCC push_options
479 #pragma GCC optimize("O0")
initial_kernel_thread(ul arg)480 ul initial_kernel_thread(ul arg)
481 {
482     kinfo("initial proc running...\targ:%#018lx, vruntime=%d", arg, current_pcb->virtual_runtime);
483 
484     scm_enable_double_buffer();
485 
486     ahci_init();
487     fat32_init();
488     rootfs_umount();
489 
490     // 使用单独的内核线程来初始化usb驱动程序
491     // 注释:由于目前usb驱动程序不完善,因此先将其注释掉
492     // int usb_pid = kernel_thread(usb_init, 0, 0);
493 
494     kinfo("LZ4 lib Version=%s", LZ4_versionString());
495     __rust_demo_func();
496     // 对completion完成量进行测试
497     // __test_completion();
498 
499     // // 对一些组件进行单元测试
500     // uint64_t tpid[] = {
501     //     ktest_start(ktest_test_bitree, 0), ktest_start(ktest_test_kfifo, 0), ktest_start(ktest_test_mutex, 0),
502     //     ktest_start(ktest_test_idr, 0),
503     //     // usb_pid,
504     // };
505     // kinfo("Waiting test thread exit...");
506     // // 等待测试进程退出
507     // for (int i = 0; i < sizeof(tpid) / sizeof(uint64_t); ++i)
508     //     waitpid(tpid[i], NULL, NULL);
509     // kinfo("All test done.");
510 
511     // 准备切换到用户态
512     struct pt_regs *regs;
513 
514     // 若在后面这段代码中触发中断,return时会导致段选择子错误,从而触发#GP,因此这里需要cli
515     cli();
516     current_pcb->thread->rip = (ul)ret_from_system_call;
517     current_pcb->thread->rsp = (ul)current_pcb + STACK_SIZE - sizeof(struct pt_regs);
518     current_pcb->thread->fs = USER_DS | 0x3;
519     barrier();
520     current_pcb->thread->gs = USER_DS | 0x3;
521     process_switch_fsgs(current_pcb->thread->fs, current_pcb->thread->gs);
522 
523     // 主动放弃内核线程身份
524     current_pcb->flags &= (~PF_KTHREAD);
525     kdebug("in initial_kernel_thread: flags=%ld", current_pcb->flags);
526 
527     regs = (struct pt_regs *)current_pcb->thread->rsp;
528     // kdebug("current_pcb->thread->rsp=%#018lx", current_pcb->thread->rsp);
529     current_pcb->flags = 0;
530     // 将返回用户层的代码压入堆栈,向rdx传入regs的地址,然后jmp到do_execve这个系统调用api的处理函数
531     // 这里的设计思路和switch_to类似 加载用户态程序:shell.elf
532     __asm__ __volatile__("movq %1, %%rsp   \n\t"
533                          "pushq %2    \n\t"
534                          "jmp do_execve  \n\t" ::"D"(current_pcb->thread->rsp),
535                          "m"(current_pcb->thread->rsp), "m"(current_pcb->thread->rip), "S"("/bin/shell.elf"), "c"(NULL),
536                          "d"(NULL)
537                          : "memory");
538 
539     return 1;
540 }
541 #pragma GCC pop_options
542 /**
543  * @brief 当子进程退出后向父进程发送通知
544  *
545  */
process_exit_notify()546 void process_exit_notify()
547 {
548 
549     wait_queue_wakeup(&current_pcb->parent_pcb->wait_child_proc_exit, PROC_INTERRUPTIBLE);
550 }
551 /**
552  * @brief 进程退出时执行的函数
553  *
554  * @param code 返回码
555  * @return ul
556  */
process_do_exit(ul code)557 ul process_do_exit(ul code)
558 {
559     // kinfo("process exiting..., code is %ld.", (long)code);
560     cli();
561     struct process_control_block *pcb = current_pcb;
562 
563     // 进程退出时释放资源
564     process_exit_files(pcb);
565     process_exit_thread(pcb);
566     // todo: 可否在这里释放内存结构体?(在判断共享页引用问题之后)
567 
568     pcb->state = PROC_ZOMBIE;
569     pcb->exit_code = code;
570     sti();
571 
572     process_exit_notify();
573     sched();
574 
575     while (1)
576         pause();
577 }
578 
579 /**
580  * @brief 初始化内核进程
581  *
582  * @param fn 目标程序的地址
583  * @param arg 向目标程序传入的参数
584  * @param flags
585  * @return int
586  */
587 
kernel_thread(int (* fn)(void *),void * arg,unsigned long flags)588 pid_t kernel_thread(int (*fn)(void *), void *arg, unsigned long flags)
589 {
590     struct pt_regs regs;
591     barrier();
592     memset(&regs, 0, sizeof(regs));
593     barrier();
594     // 在rbx寄存器中保存进程的入口地址
595     regs.rbx = (ul)fn;
596     // 在rdx寄存器中保存传入的参数
597     regs.rdx = (ul)arg;
598     barrier();
599     regs.ds = KERNEL_DS;
600     barrier();
601     regs.es = KERNEL_DS;
602     barrier();
603     regs.cs = KERNEL_CS;
604     barrier();
605     regs.ss = KERNEL_DS;
606     barrier();
607 
608     // 置位中断使能标志位
609     regs.rflags = (1 << 9);
610     barrier();
611     // rip寄存器指向内核线程的引导程序
612     regs.rip = (ul)kernel_thread_func;
613     barrier();
614     // kdebug("kernel_thread_func=%#018lx", kernel_thread_func);
615     // kdebug("&kernel_thread_func=%#018lx", &kernel_thread_func);
616     // kdebug("1111\tregs.rip = %#018lx", regs.rip);
617     return do_fork(&regs, flags | CLONE_VM, 0, 0);
618 }
619 
620 /**
621  * @brief 初始化进程模块
622  * ☆前置条件:已完成系统调用模块的初始化
623  */
process_init()624 void process_init()
625 {
626     kinfo("Initializing process...");
627 
628     initial_tss[proc_current_cpu_id].rsp0 = initial_thread.rbp;
629 
630     /*
631     kdebug("initial_thread.rbp=%#018lx", initial_thread.rbp);
632     kdebug("initial_tss[0].rsp1=%#018lx", initial_tss[0].rsp1);
633     kdebug("initial_tss[0].ist1=%#018lx", initial_tss[0].ist1);
634 */
635     // 初始化pid的写锁
636 
637     spin_init(&process_global_pid_write_lock);
638 
639     // 初始化进程的循环链表
640     list_init(&initial_proc_union.pcb.list);
641     wait_queue_init(&initial_proc_union.pcb.wait_child_proc_exit, NULL);
642 
643     // 初始化init进程的signal相关的信息
644     initial_proc_init_signal(current_pcb);
645 
646     // TODO: 这里是临时性的特殊处理stdio,待文件系统重构及tty设备实现后,需要改写这里
647     process_open_stdio(current_pcb);
648 
649     // 临时设置IDLE进程的的虚拟运行时间为0,防止下面的这些内核线程的虚拟运行时间出错
650     current_pcb->virtual_runtime = 0;
651     barrier();
652     kernel_thread(initial_kernel_thread, 10, CLONE_FS | CLONE_SIGNAL); // 初始化内核线程
653     barrier();
654     kthread_mechanism_init(); // 初始化kthread机制
655 
656     initial_proc_union.pcb.state = PROC_RUNNING;
657     initial_proc_union.pcb.preempt_count = 0;
658     initial_proc_union.pcb.cpu_id = 0;
659     initial_proc_union.pcb.virtual_runtime = (1UL << 60);
660     // 将IDLE进程的虚拟运行时间设置为一个很大的数值
661     current_pcb->virtual_runtime = (1UL << 60);
662 }
663 
664 /**
665  * @brief 根据pid获取进程的pcb。存在对应的pcb时,返回对应的pcb的指针,否则返回NULL
666  *  当进程管理模块拥有pcblist_lock之后,调用本函数之前,应当对其加锁
667  * @param pid
668  * @return struct process_control_block*
669  */
process_find_pcb_by_pid(pid_t pid)670 struct process_control_block *process_find_pcb_by_pid(pid_t pid)
671 {
672     // todo: 当进程管理模块拥有pcblist_lock之后,对其加锁
673     struct process_control_block *pcb = initial_proc_union.pcb.next_pcb;
674 
675     // 使用蛮力法搜索指定pid的pcb
676     // todo: 使用哈希表来管理pcb
677     for (; pcb != &initial_proc_union.pcb; pcb = pcb->next_pcb)
678     {
679         if (pcb->pid == pid)
680             return pcb;
681     }
682     return NULL;
683 }
684 
685 /**
686  * @brief 将进程加入到调度器的就绪队列中.
687  *
688  * @param pcb 进程的pcb
689  *
690  * @return true 成功加入调度队列
691  * @return false 进程已经在运行
692  */
process_wakeup(struct process_control_block * pcb)693 int process_wakeup(struct process_control_block *pcb)
694 {
695     // kdebug("pcb pid = %#018lx", pcb->pid);
696 
697     BUG_ON(pcb == NULL);
698     if (pcb == NULL)
699         return -EINVAL;
700     // 如果pcb正在调度队列中,则不重复加入调度队列
701     if (pcb->state & PROC_RUNNING)
702         return 0;
703 
704     pcb->state |= PROC_RUNNING;
705     sched_enqueue(pcb);
706     return 1;
707 }
708 
709 /**
710  * @brief 将进程加入到调度器的就绪队列中,并标志当前进程需要被调度
711  *
712  * @param pcb 进程的pcb
713  */
process_wakeup_immediately(struct process_control_block * pcb)714 int process_wakeup_immediately(struct process_control_block *pcb)
715 {
716     if (pcb->state & PROC_RUNNING)
717         return 0;
718     int retval = process_wakeup(pcb);
719     if (retval != 0)
720         return retval;
721     // 将当前进程标志为需要调度,缩短新进程被wakeup的时间
722     current_pcb->flags |= PF_NEED_SCHED;
723 }
724 
725 /**
726  * @brief 回收进程的所有文件描述符
727  *
728  * @param pcb 要被回收的进程的pcb
729  * @return uint64_t
730  */
process_exit_files(struct process_control_block * pcb)731 uint64_t process_exit_files(struct process_control_block *pcb)
732 {
733     // TODO: 当stdio不再被以-1来特殊处理时,在这里要释放stdio文件的内存
734 
735     // 不与父进程共享文件描述符
736     if (!(pcb->flags & PF_VFORK))
737     {
738 
739         for (int i = 3; i < PROC_MAX_FD_NUM; ++i)
740         {
741             if (pcb->fds[i] == NULL)
742                 continue;
743             kfree(pcb->fds[i]);
744         }
745     }
746     // 清空当前进程的文件描述符列表
747     memset(pcb->fds, 0, sizeof(struct vfs_file_t *) * PROC_MAX_FD_NUM);
748 }
749 
750 /**
751  * @brief 释放进程的页表
752  *
753  * @param pcb 要被释放页表的进程
754  * @return uint64_t
755  */
process_exit_mm(struct process_control_block * pcb)756 uint64_t process_exit_mm(struct process_control_block *pcb)
757 {
758     if (pcb->flags & CLONE_VM)
759         return 0;
760     if (pcb->mm == NULL)
761     {
762         kdebug("pcb->mm==NULL");
763         return 0;
764     }
765     if (pcb->mm->pgd == NULL)
766     {
767         kdebug("pcb->mm->pgd==NULL");
768         return 0;
769     }
770 
771     // // 获取顶层页表
772     pml4t_t *current_pgd = (pml4t_t *)phys_2_virt(pcb->mm->pgd);
773 
774     // 循环释放VMA中的内存
775     struct vm_area_struct *vma = pcb->mm->vmas;
776     while (vma != NULL)
777     {
778 
779         struct vm_area_struct *cur_vma = vma;
780         vma = cur_vma->vm_next;
781 
782         uint64_t pa;
783         // kdebug("vm start=%#018lx, sem=%d", cur_vma->vm_start, cur_vma->anon_vma->sem.counter);
784         mm_unmap_vma(pcb->mm, cur_vma, &pa);
785 
786         uint64_t size = (cur_vma->vm_end - cur_vma->vm_start);
787 
788         // 释放内存
789         switch (size)
790         {
791         case PAGE_4K_SIZE:
792             kfree(phys_2_virt(pa));
793             break;
794         default:
795             break;
796         }
797         vm_area_del(cur_vma);
798         vm_area_free(cur_vma);
799     }
800 
801     // 释放顶层页表
802     kfree(current_pgd);
803     if (unlikely(pcb->mm->vmas != NULL))
804     {
805         kwarn("pcb.mm.vmas!=NULL");
806     }
807     // 释放内存空间分布结构体
808     kfree(pcb->mm);
809 
810     return 0;
811 }
812 
813 /**
814  * @brief todo: 回收线程结构体
815  *
816  * @param pcb
817  */
process_exit_thread(struct process_control_block * pcb)818 void process_exit_thread(struct process_control_block *pcb)
819 {
820 }
821 
822 /**
823  * @brief 释放pcb
824  *
825  * @param pcb 要被释放的pcb
826  * @return int
827  */
process_release_pcb(struct process_control_block * pcb)828 int process_release_pcb(struct process_control_block *pcb)
829 {
830     // 释放子进程的页表
831     process_exit_mm(pcb);
832     if ((pcb->flags & PF_KTHREAD)) // 释放内核线程的worker private结构体
833         free_kthread_struct(pcb);
834 
835     // 将pcb从pcb链表中移除
836     // todo: 对相关的pcb加锁
837     pcb->prev_pcb->next_pcb = pcb->next_pcb;
838     pcb->next_pcb->prev_pcb = pcb->prev_pcb;
839     process_exit_sighand(pcb);
840     process_exit_signal(pcb);
841     // 释放当前pcb
842     kfree(pcb);
843     return 0;
844 }
845 
846 /**
847  * @brief 申请可用的文件句柄
848  *
849  * @return int
850  */
process_fd_alloc(struct vfs_file_t * file)851 int process_fd_alloc(struct vfs_file_t *file)
852 {
853     int fd_num = -1;
854 
855     for (int i = 0; i < PROC_MAX_FD_NUM; ++i)
856     {
857         // kdebug("currentpcb->fds[%d]=%#018lx", i, current_pcb->fds[i]);
858         /* 找到指针数组中的空位 */
859         if (current_pcb->fds[i] == NULL)
860         {
861             fd_num = i;
862             current_pcb->fds[i] = file;
863             break;
864         }
865     }
866     return fd_num;
867 }
868 
869 /**
870  * @brief 给pcb设置名字
871  *
872  * @param pcb 需要设置名字的pcb
873  * @param pcb_name 保存名字的char数组
874  */
__set_pcb_name(struct process_control_block * pcb,const char * pcb_name)875 static void __set_pcb_name(struct process_control_block *pcb, const char *pcb_name)
876 {
877     // todo:给pcb加锁
878     //  spin_lock(&pcb->alloc_lock);
879     strncpy(pcb->name, pcb_name, PCB_NAME_LEN);
880     // spin_unlock(&pcb->alloc_lock);
881 }
882 
883 /**
884  * @brief 给pcb设置名字
885  *
886  * @param pcb 需要设置名字的pcb
887  * @param pcb_name 保存名字的char数组
888  */
process_set_pcb_name(struct process_control_block * pcb,const char * pcb_name)889 void process_set_pcb_name(struct process_control_block *pcb, const char *pcb_name)
890 {
891     __set_pcb_name(pcb, pcb_name);
892 }
893 
process_open_stdio(struct process_control_block * pcb)894 void process_open_stdio(struct process_control_block *pcb)
895 {
896     // TODO: 这里是临时性的特殊处理stdio,待文件系统重构及tty设备实现后,需要改写这里
897     // stdin
898     pcb->fds[0] = -1UL;
899     // stdout
900     pcb->fds[1] = -1UL;
901     // stderr
902     pcb->fds[2] = -1UL;
903 }